Datacenters et humidité de l'air : la psychrométrie pour l'IT

Les serveurs et les équipements réseau ne sont pas neutres vis-à-vis de l’humidité. Une humidité trop basse provoque des décharges électrostatiques, une humidité trop élevée de la corrosion et de la condensation. La plage admissible est étroite, et son dépassement peut provoquer une panne matérielle de plusieurs millions d’euros. Le comité technique ASHRAE 9.9 définit dans ses Thermal Guidelines les conditions admissibles en quatre classes ; le diagramme h-x est l’outil qui vérifie que le système conçu maintient ce couloir en tout état de fonctionnement.

Le risque d’une humidité basse, ce sont les décharges électrostatiques (ESD)

Sous 30 % HR, l’air devient un excellent isolant. Le déplacement des personnes, la manipulation de composants ou le remplacement de cartes et d’autres pièces peuvent générer une charge de centaines à milliers de volts. Une décharge à travers de l’électronique sensible (ESD — Electrostatic Discharge) provoque un dommage immédiat ou latent. Le dommage latent est plus sournois, car le composant fonctionne toujours, mais sa durée de vie est réduite.

Limite basse ASHRAE TC 9.9 pour les classes A1–A2 : point de rosée −12 °C ou φ = 8 % (la plus stricte s’applique). En pratique, les gestionnaires d’installation maintiennent la HR entre 40 et 55 % par sécurité.

Une humidité élevée se manifeste par la corrosion et la condensation

Au-dessus de φ = 60 %, la corrosion électrochimique des surfaces métalliques des cartes imprimées commence. L’humidité facilite la migration des ions et la formation de chemins conducteurs (CAF — Conductive Anodic Filament). Plus critique encore : la condensation — si de l’air chaud et humide entre en contact avec une surface plus froide que le point de rosée, l’eau se condense directement sur le matériel. Limite haute ASHRAE TC 9.9 : point de rosée 17 °C et φ = 80 % (la plus stricte s’applique) ; en pratique, on maintient φ < 55–60 %.

ASHRAE TC 9.9 et l’enveloppe des classes A1–A4

Les classes définissent les conditions à l’entrée des équipements IT (et non dans tout le volume). Plus le numéro est élevé, plus les conditions sont souples :

Classe	Application	Température	Point de rosée	HR
A1	Infrastructure critique	15–32 °C	−12 à 17 °C	8–80 %
A2	Salle serveurs typique	10–35 °C	−12 à 21 °C	8–80 %
A3	Matériel robuste	5–40 °C	−12 à 24 °C	8–85 %
A4	Outdoor / edge	5–45 °C	−12 à 24 °C	8–90 %

C’est toujours la plus stricte des deux limites qui s’applique : le point de rosée ou la HR.

Ces enveloppes se tracent directement dans le diagramme h-x comme zones d’états admissibles. La climatisation doit garantir que l’état de l’air à l’entrée des baies reste dans l’enveloppe pour toutes les conditions extérieures — d’un jour d’été à 35 °C / 50 % HR à une nuit d’hiver à −15 °C / 80 % HR.

Le free cooling et son analyse psychrométrique

Le free cooling (refroidissement libre) exploite l’air extérieur sans compresseur actif, lorsque les conditions extérieures sont assez favorables :

• Free cooling à air — air extérieur amené directement (après filtration) dans la salle ; valable si la température et l’humidité sont dans l’enveloppe admissible.
• Free cooling à eau — une tour de refroidissement refroidit l’eau en circulation sans compresseur.

Pour les données climatiques de Prague, l’air extérieur se situe hors de l’enveloppe thermique de la classe A1 environ 2 000–3 000 heures par an ; pour les 5 700–6 700 heures restantes, le free cooling direct à air est potentiellement possible. La condition d’humidité (φ < 80 %) est, en climat d’Europe centrale, moins contraignante que celle de température.

Refroidissement adiabatique (évaporatif)

Les grands exploitants ont étendu le free cooling par un pré-refroidissement adiabatique : l’air extérieur est refroidi avant l’entrée par évaporation d’eau. Dans le diagramme h-x, l’air va le long de l’isenthalpe vers la droite et le bas — la température baisse, l’humidité augmente. Cela permet d’augmenter le nombre d’heures de free cooling de 500–1 500 par an. Le risque tient à la hausse de la HR de l’air soufflé et à une contamination possible par les minéraux de l’eau ; un traitement de l’eau et l’entretien régulier des panneaux poreux sont donc nécessaires. Les principes physiques sont détaillés dans l’article Refroidissement adiabatique.

PUE et effet de la stratégie d’humidité

Le PUE (Power Usage Effectiveness) = consommation totale du datacenter ÷ consommation des équipements IT.

Le PUE moyen mondial est d’environ 1,55, les centres hyperscale atteignent 1,1–1,2. La climatisation représente 30–40 % de la consommation, et le choix de la stratégie d’humidité influence directement la part d’heures en free cooling. Élargir la fenêtre de température admissible (passer d’A1 à A2 ou A3) allonge la saison de free cooling — chaque degré de température d’entrée en plus abaisse le PUE d’environ 0,02–0,04.

Questions fréquentes

Pourquoi surveille-t-on à la fois la limite haute et la limite basse d’humidité dans un datacenter ? La limite basse contre les décharges électrostatiques (sous 30 % HR), la limite haute contre la corrosion et la condensation (au-dessus de 60 % HR). Le couloir admissible est donc étroit et défini par l’ASHRAE TC 9.9.

Que signifient les classes A1–A4 ? Elles définissent les températures et humidités admissibles à l’entrée des équipements IT. Un numéro plus élevé signifie des conditions plus souples, adaptées à un matériel plus robuste, ce qui autorise plus d’heures de free cooling et un PUE plus bas.

Comment la stratégie d’humidité influe-t-elle sur les coûts d’exploitation ? Plus la fenêtre admissible est large, plus on peut refroidir à l’air extérieur au lieu du compresseur. Cela réduit le PUE et la consommation — c’est pourquoi l’ASHRAE recommande d’exploiter dans le haut de la plage de températures admissibles.