Le refroidissement liquide n’est plus expérimental dans les infrastructures d’IA les plus denses. Il devient nécessaire pour de nombreuses puces d’IA de dernière génération. Mais le refroidissement liquide est une catégorie, pas un synonyme d’immersion : le GB200 NVL72 de Nvidia utilise des plaques froides et des collecteurs de refroidissement direct, tandis que d’autres composants restent refroidis par air.[s]
Pendant quarante ans, les data centers ont refroidi leurs serveurs avec de l’air. Des ventilateurs propulsaient de l’air froid à travers les rangées d’équipements, une méthode suffisante lorsque un rack complet consommait entre 5 et 8 kilowatts. Le GPU A100 de Nvidia, lancé en 2020, consommait 400 watts. Le H100 a porté cette valeur à 700 watts. Le B200 a atteint 1 000 watts. Le supercalculateur GB200 consomme environ 2 700 watts, et un seul rack GB200 NVL72 totalise 120 à 130 kilowatts[s].
Le refroidissement par air a été conçu pour un monde où les racks consommaient 8 à 12 kilowatts. Il n’a aucune réponse face à 120.
Pourquoi le Refroidissement Liquide L’Emporte sur le Plan Physique
Le problème central est le transfert thermique. L’eau conduit bien mieux la chaleur que l’air, et les plaques froides liquides peuvent évacuer des flux thermiques beaucoup plus élevés que les dissipateurs à air classiques. Des valeurs telles que 50 W/m²·K pour l’air forcé et 15 000 W/m²·K pour une plaque froide à microcanaux sont des exemples de fonctionnement, pas des plafonds universels : le coefficient dépend de la vitesse, de la géométrie, de la turbulence, de la température et de la conception du système.[s]
Imaginez la différence entre souffler sur une poêle brûlante et la plonger dans de l’eau froide. Les deux déplacent la chaleur. Une seule méthode suit le rythme d’une puce produisant un kilowatt.
Les estimations du secteur montrent que le refroidissement par air classique atteint ses limites pratiques lorsque la densité des racks augmente, tandis que les échangeurs arrière et les systèmes directs sur puce étendent la plage viable. Aux densités les plus élevées, le choix peut se porter sur le direct sur puce ou l’immersion selon le matériel, le bâtiment et les contraintes de maintenance ; aucun seuil unique ne rend l’immersion universellement obligatoire.[s]
Les Trois Approches du Refroidissement Liquide
Toutes les solutions de refroidissement liquide ne se valent pas. Trois architectures s’affrontent, chacune avec ses compromis.
Les plaques froides directes sur puce consistent à fixer des blocs métalliques dotés de microcanaux directement sur les GPU et les CPU. Le liquide de refroidissement circule dans ces canaux et transporte la chaleur vers un échangeur thermique au niveau de l’installation. C’est la solution préconisée par Nvidia pour le GB200 : les processeurs de calcul sont refroidis par liquide, tandis que le stockage, la distribution d’énergie et le réseau restent refroidis par air[s]. Ce système s’installe rack par rack sans nécessiter de reconstruction complète de l’infrastructure, ce qui explique pourquoi il représente environ 47 % du segment du refroidissement liquide dans les data centers d’IA.
L’immersion monophasée plonge des serveurs entiers dans des cuves de fluide diélectrique qui reste liquide tout au long du processus. Plus de ventilateurs, plus d’air en mouvement. Le fluide absorbe la chaleur par contact direct et circule vers un échangeur thermique. L’efficacité énergétique, mesurée par le PUE (où 1,0 est parfait), atteint environ 1,03[s]. Les systèmes monophasés détenaient 80,9 % du marché du refroidissement par immersion en 2024[s].
L’immersion diphasée utilise un fluide qui bout à basse température, autour de 61 °C. Le liquide s’évapore au contact de la surface de la puce, absorbe une quantité massive de chaleur lors du changement de phase, monte sous forme de vapeur, se condense sur un serpentin froid au-dessus, puis retombe en gouttes. Aucune pompe n’est nécessaire pour le circuit primaire. Le PUE peut atteindre 1,02, et cette approche supporte des densités de rack supérieures à 250 kilowatts. Elle peut offrir une très forte capacité de transfert thermique, mais ses performances dépendent du fluide et de la conception du système.
Le Problème Chimique Qui a Tout Changé
L’immersion diphasée dépendait de fluides fluorocarbonés contenant des PFAS, des substances per- et polyfluoroalkylées souvent appelées « produits chimiques éternels » en raison de leur persistance indéfinie dans l’environnement. Le 20 décembre 2022, 3M a annoncé qu’elle cesserait la fabrication de tous les produits chimiques PFAS d’ici fin 2025. La dernière date pour commander du Novec était le 31 mars 2025[s].
3M faisait face à plus de 4 000 poursuites judiciaires et a conclu un accord de 12,5 milliards de dollars avec plus de 11 000 réseaux publics d’eau potable américains qui alléguaient une contamination de l’eau potable par les PFAS[s]. L’EPA a classé le PFOA et le PFOS comme substances dangereuses dans le cadre de la loi Superfund[s].
Les préoccupations liées aux PFAS ont freiné certains déploiements, sans mettre fin à la recherche. Une étude soutenue par Microsoft et publiée en 2025 comparait encore les plaques froides, l’immersion monophasée et l’immersion diphasée ; Microsoft indiquait avoir étudié l’immersion sans l’utiliser dans ses data centers en exploitation.[s] Des fluides alternatifs restent en développement, tandis que la proposition européenne de restriction des PFAS pourrait encore limiter les fluides fluorés.
Eau, Énergie et l’Argument en Faveur du Refroidissement Liquide
Les tours de refroidissement classiques évaporent de l’eau pour dissiper la chaleur. Les grands data centers consomment jusqu’à 19 millions de litres d’eau par jour, soit l’équivalent de la consommation quotidienne d’une ville de 10 000 à 50 000 habitants[s]. Le Laboratoire national Lawrence-Berkeley a estimé que les data centers américains ont consommé directement environ 66 milliards de litres d’eau en 2023, un chiffre qui pourrait quadrupler d’ici 2028[s].
Le refroidissement liquide en circuit fermé peut éviter l’évaporation d’eau sur site, mais la conception citée de Microsoft repose sur un refroidissement au niveau des puces, et non sur l’immersion. Depuis août 2024, Microsoft applique cette conception à tous ses nouveaux data centers et estime qu’elle évitera plus de 125 millions de litres d’eau par installation et par an.[s]
Le Marché a Déjà Tranché
Le marché du refroidissement liquide a presque doublé en 2025, atteignant près de 3 milliards de dollars, et devrait atteindre 7 milliards d’ici 2029[s]. Google utilise le refroidissement liquide depuis sept ans sur plus de 2 000 déploiements de pods TPU à l’échelle du gigawatt, atteignant une densité de puces deux fois supérieure à celle de configurations refroidies par air[s].
La plateforme Vera Rubin de Nvidia, annoncée au CES de janvier 2026, accepte un refroidissement liquide à une température d’alimentation de 45 °C, assez élevée pour rejeter la chaleur par des refroidisseurs secs utilisant l’air ambiant plutôt que par des groupes frigorifiques énergivores[s]. Chaque génération de matériel d’IA renforce le rôle du refroidissement liquide, mais le choix entre plaques froides et immersion dépend de l’architecture.
Le refroidissement liquide est passé d’une solution d’efficacité marginale à une exigence structurelle pour les accélérateurs d’IA les plus denses. Les plaques froides peuvent atteindre des coefficients de transfert et des flux thermiques bien supérieurs aux dissipateurs à air classiques, mais la comparaison entre 50 et 15 000 W/m²·K reste illustrative et propre à des architectures données : elle ne constitue ni un plafond universel ni une loi fixe de 300x.[s]
L’Escalaade de la Densité Thermique
La puissance thermique des GPU a suivi une courbe abrupte. Le A100 de Nvidia, sorti en 2020, fonctionnait à 400 W. Le H100, en 2022, a atteint 700 W. Le GPU Blackwell B200 consomme 1 000 W en refroidissement par air et délivre 18 pétaflops en FP4. Pour atteindre 20 pétaflops en FP4, la configuration GB200 utilise un refroidissement liquide à 1 200 W — sans que cela implique une immersion.[s] Le supercalculateur GB200 Grace-Blackwell, associant deux GPU de 1 200 W à un CPU Grace de 300 W, consomme environ 2 700 W.
Au niveau du rack, le GB200 NVL72, composé de 36 supercalculateurs et de 72 accélérateurs Blackwell interconnectés via des commutateurs NVLink, consomme entre 120 et 140 kilowatts[s]. La densité de puissance moyenne des racks a plus que doublé en deux ans, passant de 8 kW à 17 kW, avec McKinsey prévoyant une moyenne de 30 kW d’ici 2027; les racks d’entraînement d’IA dépassent déjà ce chiffre[s]. Le groupe Dell’Oro prévoit que la puissance thermique des GPU de pointe dépassera 4 000 W d’ici 2029[s].
Les estimations de densité décrivent une transition du refroidissement par air vers les échangeurs arrière puis vers le refroidissement liquide direct lorsque la charge des racks augmente. Aux densités très élevées, le direct sur puce et l’immersion sont deux architectures distinctes ; aucun seuil universel ne fait de l’immersion l’unique conception viable.[s]
Comparaison des Architectures de Refroidissement Liquide
Refroidissement par plaques froides directes sur puce
Cette méthode représente environ 47 % du marché du refroidissement liquide des data centers d’IA. Les plaques froides à microcanaux en cuivre ou en aluminium sont fixées directement sur les GPU et les CPU, tandis que le stockage, la distribution d’énergie et certains équipements réseau restent refroidis par air. Le GB200 NVL72 de Nvidia est un système hybride à refroidissement direct sur puce selon sa documentation.[s] Cette architecture s’intègre plus facilement aux installations à eau glacée existantes que l’immersion.
Immersion monophasée
Des serveurs entiers sont immergés dans des cuves de fluide diélectrique, généralement des hydrocarbures synthétiques ou des fluides gaz-liquide, qui restent en phase liquide tout au long du processus. La capture de chaleur approche 100 % de la charge informatique, sans consommation d’énergie pour les ventilateurs. Le PUE atteint environ 1,03[s]. Les systèmes monophasés détenaient 80,9 % du marché du refroidissement par immersion en 2024, et cette part continue de croître[s].
Parmi les principaux fournisseurs figurent Submer, qui utilise des fluides hydrocarbonés synthétiques co-développés avec Castrol, Green Revolution Cooling, spécialisé dans les diélectriques à base d’hydrocarbures, et Asperitas, qui emploie un fluide gaz-liquide de Shell. Tous utilisent des chimies sans PFAS. Le compromis de déploiement : l’immersion nécessite des cuves dédiées, des serveurs sans ventilateurs et un espace au sol réservé, ce qui en fait principalement une solution pour les nouveaux sites.
Immersion diphasée
Les systèmes diphasés exploitent la chaleur latente de vaporisation : le fluide bout au contact de la surface de la puce, généralement entre 49 et 61 °C pour les fluides fluorés, absorbant ainsi beaucoup plus d’énergie par unité de masse que le simple échauffement sensible. La vapeur monte, se condense sur un serpentin froid et retombe par gravité. Aucune pompe n’est nécessaire pour le circuit primaire. Le PUE peut atteindre 1,02, et cette méthode supporte des densités de rack supérieures à 250 kW[s].
L’immersion diphasée peut exploiter efficacement la chaleur latente de vaporisation, mais ses performances dépendent du fluide et de la conception du système. C’est aussi l’architecture la plus touchée par la sortie de 3M des PFAS.
La Crise des PFAS et ses Conséquences
L’immersion diphasée dépendait des fluides fluorocarbonés : le Novec 7100 et le Novec 649 de 3M, ainsi que le Fluorinert FC-72. La liaison carbone-fluor qui conférait à ces fluides leur stabilité thermique, leur inertie chimique et leur non-conductivité électrique les rendait également persistants dans l’environnement, bioaccumulables, et liés à des dommages hépatiques, des perturbations immunitaires et des taux de cancer élevés.
Le 20 décembre 2022, 3M a annoncé qu’elle cesserait toute production de PFAS d’ici fin 2025, faisant face à plus de 4 000 poursuites judiciaires et à un accord de 12,5 milliards de dollars avec plus de 11 000 systèmes publics d’eau potable aux États-Unis[s]. L’EPA a classé le PFOA et le PFOS comme substances dangereuses dans le cadre de la loi CERCLA, une classification maintenue même sous l’administration actuelle[s].
Les préoccupations liées aux PFAS ont découragé certains déploiements diphasés, mais les éléments disponibles ne montrent pas que Microsoft, Meta et Google ont tous abandonné ce domaine de recherche. Une étude soutenue par Microsoft et publiée en 2025 évaluait encore les plaques froides ainsi que l’immersion mono- et diphasée.[s] La désignation CERCLA de l’EPA est plus étroite que la famille des PFAS : elle couvre le PFOA et le PFOS, leurs sels et leurs isomères structuraux. Les obligations de déclaration ou de dépollution dépendent de la composition du fluide et des circonstances d’un rejet réel ; elles ne s’attachent pas automatiquement à chaque opération de maintenance.[s][s]
Chemours a développé l’Opteon 2P50, un fluide de remplacement à base d’HFO sans potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone et avec un potentiel de réchauffement global de 10, dont la production commerciale est prévue pour 2026 via Navin Fluorine[s]. La proposition de restriction large des PFAS par l’Union européenne, couvrant plus de 10 000 substances avec des avis finaux de l’ECHA attendus d’ici fin 2026, pourrait encore limiter l’utilisation des fluides de refroidissement fluorés. Les fluides de refroidissement pour data centers ne bénéficient pas d’une exemption explicite avec une longue période de transition.
Économie de l’Eau et de l’Énergie
Les tours de refroidissement par évaporation consomment d’énormes quantités d’eau. Les grands data centers utilisent jusqu’à 19 millions de litres par jour[s]. Le Laboratoire national Lawrence-Berkeley a estimé que les data centers américains ont consommé directement environ 66 milliards de litres d’eau en 2023, avec des projections de doublement, voire de quadruplement d’ici 2028[s]. Environ deux tiers des data centers américains construits depuis 2022 se trouvent dans des zones à fort stress hydrique[s].
Le refroidissement liquide en circuit fermé peut éviter l’évaporation d’eau sur site, mais la conception citée de Microsoft repose sur un refroidissement au niveau des puces, et non sur l’immersion. Depuis août 2024, Microsoft applique cette conception à tous ses nouveaux data centers et estime qu’elle évitera plus de 125 millions de litres d’eau par installation et par an.[s]
La plateforme Vera Rubin de Nvidia, annoncée au CES de janvier 2026, élève la température d’alimentation à 45 °C, permettant l’évacuation de la chaleur via des refroidisseurs secs utilisant l’air ambiant, plutôt que des refroidisseurs mécaniques, parmi les plus grands consommateurs d’énergie dans toute installation refroidie par liquide[s].
Trajectoire du Marché
Le marché du refroidissement liquide a presque doublé en 2025 pour atteindre environ 3 milliards de dollars, avec une prévision de 7 milliards d’ici 2029[s]. Google utilise le refroidissement liquide depuis sept ans sur plus de 2 000 déploiements de pods TPU à l’échelle du gigawatt, atteignant deux fois la densité de puces de configurations équivalentes refroidies par air[s].
Le refroidissement liquide par plaques froides directes a absorbé l’élan perdu par l’immersion diphasée. Les plaques froides sont commercialement matures, largement compatibles avec les conceptions de serveurs existantes, et fonctionnent avec des mélanges eau-glycol qui n’exposent pas aux mêmes préoccupations liées aux PFAS. L’immersion monophasée continue de croître dans les nouveaux sites où ses avantages, comme l’absence de consommation d’énergie pour les ventilateurs, le support de densités extrêmes et une infrastructure mécanique simplifiée, justifient sa complexité opérationnelle. L’immersion diphasée pourrait subsister dans une niche d’applications à très haute densité si des fluides adaptés atteignent une production commerciale, sans être aujourd’hui l’architecture dominante.
La physique du transfert thermique limite de plus en plus le refroidissement par air lorsque la densité des racks augmente. Pour de nombreux data centers à haute densité, la question devient le choix de l’architecture liquide — direct sur puce, immersion monophasée ou autre conception — adaptée à la charge et au bâtiment.
