PUE et WUE
Les indicateurs des datacenters
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Power Usage Efficiency (PUE)
Le PUE représente l'efficacité énergétique d'un datacenter, il représente le ratio entre l'énergie consommée par la totalité du datacenter (IT, refroidissement, sécurité, éclairage, etc ...) et l'énergie consommée pour faire fonctionner les serveurs.
PUE = Energie electrique totale / Energie électrique IT
Remarque : On peut voir le PUE comme une grandeur intégrale (comparer les quantités d'énergie) ou instantanée (comparer les puissances).
Plus le PUE est proche de 1, plus le datacenter est efficace du point de vue énergétique. La moyenne en France est de 1,55 et de 1.36 en Europe [1]. On considère actuellement qu'un datacenter ayant un PUE inférieur à 1,3 est un site performant. Attention cependant, le PUE n'est en rien un indicateur économique qui tient compte des prix du marché de l'électricité ou un indicateur de d'impact carbone qui tient compte de la provenance de l'électricité (nucléaire, charbon, solaire, ...). Il s'agit simplement d'un indicateur de performance énergétique.
Certaines juridictions commencent à voir le jour pour contraindre les datacenters à fonctionner de manière plus optimale. En Chine, le "Three -Year Action Plan on New Data Centers" donne comme objectif un PUE < 1,3 pour les nouveaux datacenters . Trois notes différents de MEPS (Minimum Energy Performance Standard) sont attribuées aux datacenter allant d'un PUE < 1.2 (Grade 1) à un PUE < 1.5, (Grade 3). En Allemagne les nouveaux datacenters doivent depuis le 1er juillet 2026 parvenir à un PUE < 1,2 et réutiliser 10% de leur énergie. Les datacenters existants doivent eux faire passer leur PUE sous les 1,5 avant le 1er juillet 2027 et sous les 1,3 avant le 1er jullet 2030 [2].
Un des défis majeurs des exploitants et concepteurs de datacenter est donc de diminuer le plus possible le PUE.
Refroidissement
La grande majorité de la différence entre l'énergie consommée par le datacenter et l'énergie effectivement dédiée au fonctionnement des serveurs provient du refroidissement de ces serveurs. Le levier majeur pour réduire le PUE des datacenters est donc la consommation des équipements de refroidissement. Il s'agit des consommations des pompes faisant circuler l'eau froide, les ventilateurs ou encore les compresseurs des groupes froids.
Il existe deux principales manières produire le froid nécessaire aux datacenters :
- Les groupes froids refroidis à l'air
- Les groupes froid refroidis à l'eau
Dans le cas d'un groupe froid refroidi à l'eau, il est assez rare de pomper de l'eau directement dans une source froide (mer, rivière) et les architectures les plus répandues sont celles mêlant un chilller refroidi à l'eau associé à un échangeur à air en toiture. Ces échangeurs à air peuvent être de différentes natures :
- Dry cooler
- Tour Aéroréfrigférante
- Hybrid Dry Adiabatic Cooler (HDAC)
Afin de diminuer au maximum les consommations énergétique associées à la production de froid, certains datacenters intègrent dans leur production d'eau glacée des modes de refroidissement en free chilling (cf article free chilling)
Water Usage Efficiency (WUE)
Au même titre que le PUE indique les performances énergétique d'un datacenter, le WUE est un indicateur de la consommation d'eau d'un datacenter. La consommation en eau d'un datacenter peut provenir de plusieurs sources (de la plus importante à la moins imporante) :
- Eau évaporée par les technologies de refroidissement évaporatives
- Eau consommée lors de la production d'eau osmosée
- Eau rejetée après multiples cycles d'évaporation (concentration en sels trop importante)
- Humidification de l'air par les Centrales de Traitement de l'Air (CTA)
- Usages sanitaires sur le site
L'eau décomptée est seulement l'eau évaporée ou renvoyée aux égouts. L'eau prélevé dans une rivière ou dans la mer puis rejeté réchauffée de quelques degrés ne rentre pas dans le cadre du WUE.
Le WUE est donc calculé de la manière suivante :
WUE [l/kWh] = Volume d'eau consommée / Energie IT
Remarque : De la même manière que pour le PUE, on peut calculer un WUE instantané en faisant le rapport entre le débit d'eau consommé et la puissance IT.
Le WUE moyen en France et de 0,25 et de 0,58 en Europe [1] mais il faut être prudent avec les moyennes car elles incluent des datacenters n'utilisant pas de moyens évaporatifs. L'exploitant de datacenter EQUINIX mentionne bien cette différence en indiquant que sur la moyenne de ses datacenter le WUE est de 0.95 l/kWh mais que la moyenne des datacenters utilisant du refroidissement évaporatif est de 1.55 l/kWh [3]. Il n'existe pas encore de réglementation imposant aux datacenters une limite sur leur consommation d'eau, mais au vu des tensions grandissantes sur le sujet du stress hydrique, il n'est pas à exclure que des limitations commencent à apparaître.
Arbitrage entre WUE et PUE
Au vu de ce qui a été évoqué précédemment il est clair que le PUE et le WUE ne sont pas des indicateurs indépendants et qu'il sont à traiter conjointement. Un datacenter avec un PUE très faible car possédant un système de refroidissement évaporatif aura potentiellement plus d'impact environnemental qu'un datacenter consommant plus d'électricité mais pas d'eau. Ces questions d'arbitrage entre consommation électrique et hydriques varient également au cours des saisons, les tension sur la ressource en eau apparaissant plutôt en été dans les régions tempérées. Un datacenter étant capable de d'adapter au mieux sa consommation d'eau et d'électricité aux ressources disponibles sera celui qui aura le moins d'impact environnemental.
