Les centres de données, qui servent à stocker, traiter et distribuer beaucoup d'informations, sont de plus en plus construits, notamment à cause de l'intelligence artificielle. Cependant, ils commencent à poser problème car ils utilisent beaucoup d'eau et d'électricité, qui sont aussi nécessaires pour d'autres usages. Des grandes entreprises comme Google ou Elon Musk proposent d'envoyer ces centres de données dans l'espace pour éviter ces problèmes. Mais cela créerait de nouvelles difficultés, notamment pour évacuer la chaleur qu'ils produisent, ce qui demanderait des installations spéciales et très grandes.
La puissance des centres de données se mesure en watts, une unité qui indique la quantité d'énergie consommée. Par exemple, le centre de données Telehouse à Paris, qui gère une grande partie du trafic Internet en France depuis les années 80, utilise vingt millions de watts (20 mégawatts).
Aujourd'hui, plusieurs projets prévoient d'augmenter considérablement cette puissance. Le Campus IA en Seine-et-Marne, qui devait coûter plus d'un milliard de watts (1 gigawatt), vise maintenant trois gigawatts. De son côté, le groupe japonais SoftBank annonce la construction de cinq gigawatts répartis dans trois centres dans les Hauts-de-France.
Comprendre les tailles pour mieux voir les problèmes des centres de données sur Terre
Un gigawatt d'électricité peut alimenter environ deux millions de foyers. Pour produire cette quantité d'énergie, il faut à peu près un réacteur nucléaire. Chaque nouveau grand centre de données nécessitera donc une production d'électricité équivalente, ou une modification importante de la façon dont l'électricité est distribuée. Cela peut créer des « conflits d'usage » : faut-il utiliser cette énergie pour un centre de données ou pour les maisons ?
Il faut aussi savoir que toute l'électricité utilisée par les machines se transforme en chaleur. Un centre de données d'un gigawatt doit donc évacuer un gigawatt de chaleur. Pour cela, un liquide circule près des machines, absorbe la chaleur et la rejette dans l'air. Ce liquide peut être de l'eau, ce qui pose des problèmes d'utilisation des ressources, surtout en été. Une autre solution est d'utiliser de l'air pour refroidir, mais cela demande d'énormes ventilateurs qui font beaucoup de bruit.
Des projets de centres de données dans l'espace
C'est pourquoi l'idée d'envoyer des centres de données dans l'espace a émergé. On peut citer des projets comme Suncatcher de Google, AI1 d'Elon Musk ou encore Sophia Space. Cependant, cette solution n'est ni si écologique, ni si simple.
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En plus du défi de produire assez d'électricité, il y a le problème du refroidissement. Dans l'espace, il n'y a ni eau ni air pour évacuer la chaleur. La chaleur ne peut être transportée que par rayonnement, c'est-à-dire par la lumière émise par les objets chauds. C'est comme les braises qui dégagent de la chaleur et de la lumière. La quantité de chaleur rayonnée augmente beaucoup avec la température, selon une loi physique connue.
Pour évacuer la chaleur des composants d'un satellite, il faut la capter, par exemple avec de l'air ou de l'eau, et l'envoyer vers des panneaux qui la renvoient dans l'espace. Pour éviter que ces panneaux ne se déforment, ils ne doivent pas être trop chauds. Mais s'ils fonctionnent à une température normale, ils sont peu efficaces et il faut une grande surface pour évacuer la chaleur.
Comment fonctionne le refroidissement dans l'espace en pratique ?
Les entreprises parlent peu du refroidissement de leurs centres de données, que ce soit sur Terre ou dans l'espace. Pour avoir une idée, on peut regarder le cas de la Station spatiale internationale (ISS), pour laquelle les informations sont publiques.
Les machines de l'ISS utilisent en moyenne 126 kilowatts d'électricité. Pour que l'intérieur ne devienne pas trop chaud, il faut évacuer la chaleur produite. Les concepteurs de l'ISS ont donc installé 645 mètres carrés de panneaux qui renvoient la chaleur dans l'espace. Ces panneaux pèsent environ 10 tonnes. Un liquide, l'ammoniac liquide à environ -40 °C, circule dans ces panneaux. Cet ammoniac est très efficace pour le refroidissement et il transporte la chaleur vers les panneaux qui la diffusent dans l'espace par leurs deux faces.
Si on compare la capacité de refroidissement des panneaux de l'ISS (195 watts par mètre carré) aux projets de centres de données spatiaux, il faudrait une surface de plus de cinq kilomètres carrés pour évacuer un gigawatt de chaleur. Cela équivaut à 730 terrains de football, ou à peu près la taille du 17ème arrondissement de Paris. On pourrait réduire cette surface de moitié ou d'un tiers en augmentant la température du liquide jusqu'à 20 °C, en utilisant un autre produit que l'ammoniac.
Le poids dans l'espace
Un mètre carré de panneau de refroidissement sur l'ISS pèse 15 kilogrammes. Pour cinq kilomètres carrés, cela ferait 75 000 tonnes. C'est plus que tout ce que l'humanité a envoyé dans l'espace depuis le premier satellite Spoutnik !
Avec la fusée la plus puissante actuellement (le Starship de SpaceX, qui n'est pas encore prêt mais qui pourra envoyer environ 100 tonnes en orbite basse), il faudrait 750 lancements pour envoyer uniquement les panneaux de refroidissement. Il faudrait ensuite envoyer tout le reste : les ordinateurs, les panneaux solaires, les câbles, les tuyaux, etc.
L'agence Carbone 4, mandatée par la Commission européenne, a calculé que mettre un centre de données dans l'espace multiplie par dix son impact carbone, principalement à cause des lancements. Cette étude ne prend pas en compte les autres conséquences écologiques que le CO2. Le plus grave est l'impact des particules fines émises lors des lancements et des retours dans l'atmosphère, qui affectent à la fois le climat et la couche d'ozone.
Changer le matériel
Un autre problème est qu'on ne peut pas envoyer des techniciens dans l'espace pour réparer chaque panne. De plus, le matériel s'abîme plus vite dans l'espace à cause des radiations et des contraintes, ce qui le fait se dégrader plus rapidement que sur Terre.
En plus, les ordinateurs évoluent très vite, en général tous les deux ans environ, selon la loi de Moore. Pour que le centre de données reste performant, il faudrait donc le changer souvent. Quand on remplace le matériel, qu'est-ce qu'on en fait ? Il y a deux possibilités : soit on laisse les déchets en orbite, soit on les fait tomber sur Terre.
La première option crée le problème des débris spatiaux. Les grands panneaux de refroidissement rendent les centres de données plus vulnérables aux débris. Chaque collision crée de nouveaux débris, ce qui rend difficile la construction de grandes structures dans l'espace, selon la NASA. La deuxième option est la désorbitation, qui consiste à faire tomber les débris dans l'atmosphère. Ces techniques ont des succès variables, toujours selon la NASA, et elles peuvent causer des pollutions dans la haute atmosphère.
Que faire ?
Vu ces chiffres, si on a vraiment besoin de centres de données, il serait plus raisonnable de laisser tomber l'idée de les envoyer dans l'espace. D'un point de vue écologique, la meilleure solution serait d'accepter les inconvénients des centres de données sur Terre : utilisation importante d'eau et d'électricité, bruit pour les habitants, et impact sur la nature.
En général, sur une Terre aux ressources limitées, il faut faire des choix. Soit on construit de plus en plus de centres de données, soit on réduit considérablement notre consommation d'énergie et de matériaux pour protéger notre planète.
Cet article a été possible grâce aux discussions avec François Briens (économiste et ingénieur en systèmes énergétiques), Aurélien Ficot (formateur et ingénieur en sciences environnementales), Jean-Manuel Traimond (auteur et conférencier).
François Graner est membre de l'association « Les amis de la Décroissance ».
Carine Douarche, Emmanuelle Rio et Roland Lehoucq ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas d'actions et ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait bénéficier de cet article. Ils n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.