Comment l’IA alourdit l’empreinte hydrique des centres de données

Un centre de données à faible WUE peut tout de même avoir une empreinte hydrique importante

Un centre de données peut réduire fortement sa consommation d’eau sur site tout en dépendant encore de grandes quantités d’eau ailleurs dans l’infrastructure qui le fait fonctionner. Les opérateurs utilisent le refroidissement liquide en boucle fermée et le refroidissement à sec pour réduire les besoins opérationnels en eau de refroidissement, et ces choix peuvent améliorer sensiblement le water usage effectiveness (WUE), qui mesure l’utilisation de l’eau au niveau du centre de données. Mais le périmètre du WUE exclut l’eau consommée ou prélevée pour produire l’électricité, de sorte que l’efficacité de l’installation ne couvre qu’une partie des besoins en eau.

Pour l’infrastructure IA, ce périmètre est important, car la demande d’électricité peut déplacer une grande partie de la charge hydrique hors du campus. Shaolei Ren, professeur de génie électrique et informatique à l’Université de Californie à Riverside, souligne que l’eau indirecte, ou Scope 2, associée à l’électricité constitue une part majeure du calcul. « Oui, l’utilisation indirecte de l’eau (Scope 2) pour la production d’électricité est significative et dépasse souvent de loin l’utilisation directe de l’eau », a déclaré Ren.

Cette charge en amont change ce qu’établit un faible WUE. Le WUE reste utile pour comprendre et améliorer l’utilisation directe de l’eau par l’installation, en particulier lorsque les opérateurs modifient leurs systèmes de refroidissement. Une évaluation plus large doit aussi suivre l’électricité qui alimente le centre de données, car les technologies de production et les systèmes de refroidissement des centrales peuvent avoir des besoins en eau radicalement différents pour une même charge électrique.

La demande d’électricité de l’IA déplace la question de l’eau en amont

Suivre l’approvisionnement en électricité commence par mesurer la quantité d’énergie consommée par les centres de données. Le Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) a estimé que les centres de données américains ont consommé environ 176 térawattheures (TWh) d’électricité en 2023. En utilisant des facteurs eau-électricité fondés sur la localisation, le LBNL a estimé que la production de cette électricité a consommé près de 800 milliards de litres d’eau, soit l’équivalent d’environ 211 milliards de gallons.

Cette charge de 2023 constitue la référence d’un besoin projeté bien plus important en 2030. La mise à jour 2025 du LBNL présente un scénario de référence à 649 TWh, avec des scénarios de sensibilité allant de 521 TWh à 843 TWh. La demande d’électricité est l’une des variables des futurs besoins en eau en amont ; les systèmes de production et de refroidissement qui fournissent cette électricité sont les autres variables majeures.

En maintenant constante l’intensité hydrique, on voit l’ampleur potentielle de ces scénarios électriques. En 2023, le facteur moyen national de consommation indirecte d’eau était de 4,52 litres par kilowattheure. L’application de ce même facteur à l’ensemble de la fourchette 2030 du LBNL produit environ 622 milliards à plus de 1 000 milliards de gallons de consommation indirecte d’eau par an. Il s’agit de calculs de scénarios et non de prévisions hydriques du LBNL, car ils supposent que le facteur d’intensité hydrique de 2023 reste inchangé.

Cette hypothèse est importante, car les technologies de production et leurs systèmes de refroidissement présentent des profils opérationnels de consommation d’eau très différents. Les facteurs médians de consommation d’eau du National Renewable Energy Laboratory (NREL) montrent de fortes différences, même au sein d’un même type de combustible. Pour la production en cycle combiné au gaz naturel, le changement de configuration de refroidissement déplace la consommation opérationnelle médiane d’environ deux ordres de grandeur, et une charge constante de 1 GW de centre de données rend visible l’ampleur de cet écart.

Comme le calcul à 1 GW maintient constante la charge du centre de données, les différences entre les cas au gaz naturel proviennent du refroidissement côté production. Le choix de l’approvisionnement en électricité est donc aussi une décision liée à l’eau, même lorsque le centre de données utilise un système liquide en boucle fermée ou un refroidissement à sec. L’ingénierie de l’installation peut réduire la consommation directe tandis que l’alimentation électrique porte des besoins en eau substantiels au-delà du campus.

Ces différences de production modifient aussi ce que signifie une prévision de consommation électrique pour la planification des infrastructures. Un chiffre en TWh établit la quantité d’énergie requise, tandis que la technologie de production, la conception du refroidissement de la centrale et la localisation déterminent une grande partie de son empreinte hydrique opérationnelle. À mesure que l’IA fait augmenter les besoins en électricité des centres de données, l’approvisionnement en énergie et la planification de l’eau doivent tenir compte de l’endroit où se produit la demande en eau qui en résulte.

Consommation et prélèvement révèlent différents types de pression sur l’eau

Une fois le périmètre étendu au système électrique, le type d’utilisation de l’eau compte aussi. La consommation correspond à l’eau qui n’est pas renvoyée à sa source d’origine après usage, tandis que le prélèvement correspond au volume pris dans une rivière, un lac ou une autre source, y compris l’eau qui pourra ensuite être restituée. Une décision de planification peut produire des chiffres très différents selon la mesure suivie.

Le refroidissement de production en circuit ouvert montre cette différence de manière concrète. Ces systèmes peuvent consommer moins d’eau que les systèmes à recirculation, car une grande partie de l’eau prélevée retourne à la source. Mais ils peuvent prélever des volumes bien plus importants, créant un autre type de pression sur la source et la région environnante.

Cette pression plus large apparaît dans une analyse de Ceres de 2026 couvrant la Virginie, le Texas, la Californie, l’Illinois, la Géorgie, l’Ohio et l’Arizona. Ceres a estimé que l’électricité des centres de données dans ces sept États était associée à environ 3,4 billions de gallons de prélèvements annuels d’eau douce pour la production d’électricité. Des estimations sélectionnées par État montrent à quel point cette exposition régionale peut être inégalement répartie.

Comme Ceres mesure les prélèvements et que le chiffre de 211 milliards de gallons du LBNL mesure la consommation, les 3,4 billions de gallons représentent un autre type de pression sur l’eau. Il est important de distinguer ces définitions lorsqu’une décision dépend de la quantité d’eau qui quitte une source, de celle qui y retourne et de celle qui est finalement consommée. Les deux chiffres peuvent éclairer un même processus de planification tout en répondant à des questions différentes.

Une fois le type d’utilisation de l’eau clarifié, la localisation détermine à quel point cette utilisation peut être lourde de conséquences. Ceres a constaté que 66 % de l’électricité produite par des centrales dépendantes de l’eau dans les États étudiés provenait d’installations confrontées à un stress hydrique moyen-élevé à extrêmement élevé. L’empreinte hydrique de l’électricité dépend donc des conditions hydriques locales autant que du nombre de gallons en jeu.

Ces conditions locales font aussi des frontières des États un moyen imparfait d’attribuer les effets du système électrique à des campus individuels. L’électricité circule au-delà des frontières des États, si bien que Ceres décrit ses chiffres au niveau des États comme des approximations du risque hydrique régional plutôt que comme des volumes physiquement fournis à des centres de données individuels. Pour les décideurs, le périmètre pertinent peut s’étendre à l’ensemble du système électrique et aux ressources en eau qui le soutiennent, bien au-delà de la juridiction où les serveurs fonctionnent.

Une faible consommation annuelle d’eau peut tout de même créer un problème de capacité de pointe

Les frontières géographiques sont une limite de la comptabilité annuelle de l’eau ; le temps en est une autre. Le power usage effectiveness (PUE), qui suit l’efficacité énergétique des centres de données, et le WUE sont généralement exprimés comme des mesures annuelles, mais les infrastructures doivent fonctionner dans des conditions de pointe autant que dans des conditions moyennes. Ren explique que les mesures annuelles peuvent masquer les arbitrages entre eau et électricité pendant les conditions estivales extrêmes : « C’est précisément pour cette période que la planification de capacité des centres de données est conçue. »

Ces arbitrages estivaux dépendent directement de la technologie de refroidissement. Le refroidissement évaporatif et adiabatique utilisent de l’eau pour améliorer les performances de refroidissement par temps chaud, ce qui peut réduire l’électricité nécessaire pour maintenir les équipements dans leurs limites de fonctionnement. Le refroidissement à sec peut réduire la consommation opérationnelle d’eau, mais pendant ces mêmes épisodes de chaleur extrême, il peut nécessiter davantage d’électricité et ajouter de la demande alors que le réseau est déjà sous pression.

Comme les périodes les plus chaudes peuvent être courtes, une installation peut avoir une consommation annuelle d’eau modeste tout en présentant un besoin de pointe exigeant. « De nombreux centres de données n’ont besoin d’eau pour une assistance adiabatique que pendant les jours les plus chauds de l’année et ont une forte demande de pointe mais un faible total annuel », a déclaré Ren. L’exigence d’ingénierie découle de cette pointe : « Les systèmes d’eau doivent être dimensionnés pour absorber la pointe. »

Les conditions de pointe relient aussi le refroidissement de l’installation au périmètre amont de l’électricité. Les choix de refroidissement affectent directement la demande en eau sur site et peuvent modifier la demande d’électricité, en particulier lors de chaleurs extrêmes. Le besoin électrique modifié affecte ensuite l’utilisation de l’eau côté production, couplant l’eau du site à l’eau en amont via les systèmes de refroidissement et d’alimentation électrique.

Ce couplage crée un arbitrage de capacité pendant les fortes chaleurs. Une installation conçue autour du refroidissement à sec peut avoir une faible consommation annuelle d’eau opérationnelle tout en exerçant une pression plus forte sur l’infrastructure électrique pendant les périodes les plus chaudes. Une conception adiabatique peut utiliser intentionnellement davantage d’eau pendant ces périodes parce que cela réduit son besoin électrique ; la planification des capacités doit donc prendre en compte les deux ressources en plus du WUE et du PUE annuels.

Les entreprises commencent à comptabiliser au-delà de la clôture du site

Le lien entre l’eau de l’installation et celle du système électrique commence aussi à apparaître dans la comptabilité des opérateurs. Ceres met en avant le WUE Source de CyrusOne, qui intègre l’utilisation de l’eau liée à l’électricité dans sa comptabilité de l’eau. Ceres indique que le WUE Source de CyrusOne a diminué de 67 % depuis 2018, principalement grâce à l’approvisionnement en énergie renouvelable, ce qui montre comment le choix de l’approvisionnement en électricité peut modifier l’empreinte hydrique mesurée indépendamment d’une intervention sur le refroidissement de l’installation.

Les rapports de Meta offrent un autre éclairage sur la différence entre l’eau directe et l’eau liée à l’électricité. Son Environmental Data Index 2025, couvrant 2024, a fait état de 72 207 mégalitres d’eau incorporée dans l’électricité achetée, soit l’équivalent d’environ 19,1 milliards de gallons. Meta a séparément déclaré une consommation directe d’eau de 2 974 mégalitres, soit environ 786 millions de gallons, dans ses centres de données.

Ces chiffres déclarés situent l’eau incorporée dans l’électricité achetée à environ 24 fois la consommation directe déclarée par Meta pour ses centres de données, mais leurs périmètres diffèrent. Le chiffre de l’électricité achetée couvre l’ensemble de l’entreprise, tandis que le chiffre de l’eau directe couvre les centres de données de Meta ; le ratio ne représente donc pas la relation entre amont et direct pour un campus Meta particulier. CyrusOne et Meta sont eux-mêmes des opérateurs de centres de données, ce qui donne aux deux entreprises un intérêt commercial dans la manière dont leur performance hydrique est mesurée et présentée.

Cet intérêt des opérateurs rend des périmètres clairs particulièrement importants, tout en laissant un rôle direct à l’ingénierie des installations. Meta a développé des conceptions de refroidissement liquide en boucle fermée utilisant des refroidisseurs secs pour réduire les besoins opérationnels en eau de refroidissement. La comptabilité liée à l’électricité traite l’eau associée à l’alimentation électrique, tandis que l’ingénierie de l’eau directe traite les besoins au niveau de l’installation ; les opérateurs doivent donc gérer les deux volets de la décision d’infrastructure.

La planification de l’eau et de l’électricité doit devenir une seule décision de capacité

L’arbitrage de pointe transforme l’eau et l’électricité en décisions de capacité liées. Le mix de production détermine une partie de l’empreinte hydrique de l’électricité ; la technologie de refroidissement modifie les besoins directs en eau et la demande électrique de l’installation ; la disponibilité locale de l’eau détermine à quel point ces besoins sont lourds de conséquences. Une chaleur extrême peut resserrer plusieurs de ces contraintes à la fois, rendant des plans de capacité séparés vulnérables au même événement.

« Nous devons planifier ensemble les infrastructures d’eau et d’électricité », a déclaré Ren. Son argument inclut un usage délibéré de l’eau lorsqu’il réduit une contrainte plus forte sur l’électricité : « Si elle est utilisée de manière responsable, l’eau peut être le moyen le plus efficace de réduire la demande de puissance de pointe des centres de données. » Ren étend cette relation à l’investissement dans l’infrastructure lui-même : « En d’autres termes, investir dans l’infrastructure de l’eau revient essentiellement à investir dans les réseaux électriques. »

L’investissement dans les infrastructures étend ensuite la décision de capacité au-delà de l’opérateur et jusque dans les communautés environnantes. Julie Bolthouse, directrice de l’aménagement du territoire au Piedmont Environmental Council, identifie parmi les effets régionaux « des problèmes comme l’escalade du coût des infrastructures énergétiques, le recours à l’expropriation pour acquérir des propriétés privées en vue des emprises de lignes de transport, la pollution atmosphérique régionale due aux générateurs de secours et aux centrales électriques, et la consommation d’eau qui crée un stress hydrique sur des sources d’eau partagées pendant les périodes de sécheresse ». La croissance des centres de données contribue à la demande d’infrastructure à l’origine de ces effets, même lorsqu’ils se produisent en dehors de l’installation.

Ces effets régionaux conduisent Bolthouse à soutenir que la planification devrait commencer avant que l’attention ne se resserre sur un projet individuel : « Ces impacts régionaux doivent être traités d’abord et en plus de ce type de projets locaux et de protections pour la communauté où se situe le centre de données. » Le Piedmont Environmental Council est allé plus loin en appelant à un moratoire à l’échelle de l’État sur le développement des centres de données. Sa position fait de la décision de capacité liée à l’eau et à l’électricité une question de politique régionale, car les infrastructures électriques, les terrains, la pollution de l’air et les ressources en eau partagées peuvent tous être affectés ensemble.

Points clés à retenir pour les dirigeants

• Suivez l’eau au-delà du WUE de l’installation : Les opérateurs de centres de données doivent intégrer dans leur planification l’utilisation de l’eau liée à l’électricité, car la production d’électricité peut consommer bien plus d’eau que le refroidissement de l’installation. Le mix de production et la technologie de refroidissement des centrales modifient sensiblement cette empreinte en amont.
• Traitez l’approvisionnement en électricité comme une décision liée à l’eau : La croissance de l’IA augmente la demande électrique des centres de données, tandis que les technologies de production varient fortement en matière de consommation d’eau. Les équipes achats et infrastructure peuvent évaluer l’approvisionnement en électricité selon l’intensité hydrique, la technologie de refroidissement et la localisation, en plus du coût et du carbone.
• Distinguez la consommation d’eau des prélèvements : La production d’électricité peut entraîner d’importants prélèvements d’eau douce même lorsqu’une grande partie de cette eau retourne à sa source. Les planificateurs ont besoin des deux mesures, combinées à des données locales sur le stress hydrique, pour comprendre la capacité régionale et la pression sur les ressources.
• Planifiez ensemble les pointes de demande en eau et en électricité : Le WUE et le PUE annuels peuvent masquer les besoins d’infrastructure pendant les chaleurs extrêmes. Les concepteurs de centres de données et les services publics doivent modéliser les conditions de pointe, car le refroidissement à sec et le refroidissement adiabatique créent des arbitrages différents entre consommation d’eau et demande d’électricité.
• Étendez la comptabilité de l’eau à l’électricité achetée : Les rapports des opérateurs montrent que l’eau liée à l’électricité peut largement dépasser la consommation directe de l’installation. Les équipes durabilité et achats peuvent intégrer l’eau en amont dans les indicateurs de performance et utiliser l’approvisionnement énergétique pour réduire l’empreinte globale.
• Faites de l’eau et de l’électricité une seule décision de capacité : L’expansion des centres de données peut affecter les réseaux, les systèmes d’eau, les terrains et les communautés environnantes via des infrastructures partagées. Les opérateurs, les services publics et les planificateurs régionaux ont besoin d’une planification coordonnée des capacités avant que des projets individuels ne figent les besoins en électricité et en eau.