L’intelligence artificielle (IA) stimule une croissance sans précédent, à la fois dans la fabrication des semi-conducteurs et dans les centres de données de calcul haute performance. Moins visible que la hausse de la demande d’électricité, un autre défi concerne l’ensemble de l’écosystème de l’IA : l’eau. Les experts d’Exyte, Hartmut Schneider et Manfred Engelhard, expliquent pourquoi l’eau devient une ressource stratégique tout au long de la chaîne de valeur de l’IA et comment les solutions d’ingénierie peuvent aider les exploitants à concilier la préservation de l’eau avec l’efficacité énergétique.

 

La demande en puces d’IA et en capacités de calcul s’accélère. Les usines de semi-conducteurs nécessitent de grands volumes d’eau ultrapure (UPW) pour les procédés de fabrication. Les centres de données d’IA dépendent de systèmes de refroidissement pour évacuer la chaleur générée par des charges de calcul en forte croissance. Dans le même temps, les modèles climatiques indiquent que les régions soumises au stress hydrique sont de plus en plus nombreuses, faisant de la gestion durable de l’eau un enjeu de plus en plus important pour les nouvelles installations. 
 

L’IA accroît la demande en eau, de la production à l’exploitation 


La demande croissante liée à l’IA commence bien avant qu’une puce n’arrive dans un centre de données. La fabrication des circuits intégrés (IC) nécessite par nature de l’UPW pour les procédés de fabrication des semi-conducteurs tels que le nettoyage humide, la gravure humide et la planarisation chimico-mécanique (CMP). La demande en eau augmente encore à mesure que les nœuds technologiques se réduisent et que la complexité de fabrication s’accroît. Les technologies avancées d’encapsulation ajoutent des étapes de procédé supplémentaires et augmentent encore la consommation d’eau. Les prévisions du secteur suggèrent que la capacité mondiale de fabrication de semi-conducteurs continuera de croître fortement jusqu’à la fin de la décennie, une grande partie de cette croissance étant liée aux applications de l’IA.  

Pour Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor, la gestion de l’eau doit être prise en compte dès les premières étapes de la conception des installations afin d’équilibrer les économies d’eau et la demande énergétique.

« La majeure partie de la croissance des capacités sera liée à l’IA, ce qui augmente la demande en eau par wafer », déclare Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor chez Exyte. L’entreprise observe cette tendance dans les projets de semi-conducteurs du monde entier et travaille avec ses clients pour évaluer des stratégies efficaces de réduction de la consommation d’eau douce lors de la conception, de la construction et de l’exploitation des installations. 

 

La réutilisation de l’eau transforme un défi en opportunité 

Le secteur ne part pas de zéro. De nombreuses technologies existent déjà pour réduire la consommation d’eau douce dans les installations de semi-conducteurs. Selon l’analyse d’Exyte, les fabs les plus performantes peuvent atteindre des taux de réutilisation supérieurs à 85 % grâce à des concepts avancés de réutilisation des eaux usées. Alors que la demande portée par l’IA continue de croître, l’amélioration de la performance hydrique nécessitera des investissements dans les fabs de wafers existantes ainsi que la mise en œuvre des taux de réutilisation les plus élevés possibles dans les nouvelles installations.  

« Pour atteindre de tels taux de réutilisation de l’eau grâce à des concepts avancés de traitement et de recyclage, le défi consiste à déterminer quelle combinaison de technologies offre le bon équilibre entre les économies d’eau et l’énergie nécessaire pour les atteindre », explique Schneider. 

Les stratégies de réutilisation de l’eau peuvent inclure la séparation des eaux usées, la réutilisation de l’eau en fin de chaîne (EOP), les systèmes de rejet liquide nul (ZLD), la gestion des saumures pour récupérer l’eau des flux de déchets concentrés, ainsi que des technologies de traitement des polluants émergents. La solution optimale dépend des conditions propres au site et des exigences du projet. 

C’est là qu’Exyte accompagne ses clients tout au long du cycle de vie du projet. En tant qu’entreprise EPC mondiale réalisant des installations avancées pour semi-conducteurs, Exyte aide ses clients à évaluer les stratégies de réutilisation de l’eau pour les fabs nouvelles et existantes afin d’identifier l’approche la plus adaptée avant la mise en œuvre. 

« La gestion de l’eau doit être prise en compte dès les premières étapes de la conception des installations.  Une planification précoce aide les exploitants à comprendre l’impact des différents concepts de réutilisation sur l’utilisation de l’eau et la demande énergétique avant le début de la construction », ajoute Schneider. 
 

Les centres de données IA font face à leur propre défi lié à l’eau 

La conversation autour de l’infrastructure de l’IA se concentre souvent sur la consommation d’électricité. Cependant, l’eau devient tout aussi importante à mesure que les densités de calcul continuent d’augmenter. Les charges de travail de l’IA devraient représenter l’essentiel de la croissance future de la demande des centres de données, augmentant considérablement les besoins de refroidissement des installations de nouvelle génération. 

Pour Manfred Engelhard, le compromis entre l’eau et l’énergie est une considération essentielle dans la conception de la prochaine génération de centres de données d’IA.

« Sans technologies améliorées d’évacuation de la chaleur, la consommation d’eau de refroidissement des centres de données dans le monde pourrait dépasser 550 milliards de litres d’ici 2030 », déclare Manfred Engelhard, Senior Director Technology Management Data Centers chez Exyte.

L’augmentation des densités de puissance à l’intérieur des serveurs d’IA génère davantage de chaleur, rendant essentielles des technologies de refroidissement avancées. Selon l’emplacement et les exigences d’exploitation, les opérateurs peuvent choisir entre des tours de refroidissement humides, des refroidisseurs secs hybrides (HDC) ou des groupes frigorifiques refroidis par air (ACC). Chaque option présente un équilibre différent entre consommation d’eau et consommation d’énergie. Le refroidissement humide offre une efficacité énergétique élevée, mais consomme des quantités importantes d’eau, tandis que les systèmes refroidis par air peuvent éliminer complètement les besoins en eau de refroidissement, bien qu’au prix d’une consommation électrique plus élevée. Le refroidissement sec hybride offre un compromis, réduisant considérablement la demande en eau tout en maintenant des performances énergétiques favorables.  

« Il n’existe pas de solution universelle. Le concept de refroidissement le plus efficace dépend des conditions locales, notamment du climat, de la disponibilité de l’eau et des infrastructures énergétiques », explique Engelhard. « Dans les régions où l’eau est rare, la réduction de la consommation d’eau peut devenir l’objectif principal de conception, tandis que d’autres sites peuvent privilégier l’efficacité énergétique. Le refroidissement sans eau des centres de données est non seulement possible, mais déjà courant dans certains endroits. Des réglementations locales, par exemple à Francfort, en Allemagne, imposent des technologies de refroidissement à sec. » 
 

Le compromis entre l’eau et l’énergie 

L’exemple de Francfort met en lumière un défi souvent négligé dans les discussions sur les infrastructures durables. Économiser l’eau nécessite souvent davantage d’énergie, tandis que maximiser l’efficacité énergétique peut exiger une consommation d’eau plus élevée. Ce compromis reflète également l’importance croissante des solutions de couplage sectoriel, dans lesquelles les systèmes d’infrastructure sont considérés comme interconnectés plutôt qu’optimisés de manière isolée.  

« Il n’existe pas de solution de refroidissement universelle. Réduire la consommation d’eau augmente souvent la demande en énergie, ce qui signifie que les opérateurs doivent évaluer ensemble les deux ressources et leur coût – tant sur le plan financier que sociétal – au lieu d’optimiser l’une indépendamment de l’autre », ajoute Engelhard. 

Le même principe s’applique aux installations de semi-conducteurs. Des taux de réutilisation de l’eau plus élevés nécessitent souvent des systèmes de traitement plus avancés qui consomment davantage d’électricité. La question n’est donc plus de savoir comment minimiser indépendamment la consommation d’eau ou d’énergie, mais comment optimiser les deux en fonction des conditions spécifiques d’une installation. 
 

Concevoir une ingénierie pour un avenir plus résilient 

Selon Schneider et Engelhard, les futurs projets d’infrastructure numérique devront de plus en plus considérer l’eau et l’énergie ensemble plutôt que comme des défis séparés. L’IA devrait continuer à stimuler la demande à la fois pour les fabs de semi-conducteurs et les centres de données, accentuant la pression sur les ressources naturelles et les infrastructures de services publics.  

Des solutions éprouvées existent déjà. Les stratégies de réutilisation de l’eau peuvent réduire de manière significative la demande en eau douce dans les installations de semi-conducteurs, tandis que des concepts de refroidissement avancés peuvent diminuer la consommation d’eau dans les centres de données. La clé consiste à sélectionner la bonne approche pour chaque site et à intégrer ces décisions dès les premières phases de développement du projet. 

Pour Exyte, cela fait de la résilience hydrique non seulement une considération environnementale, mais aussi un défi d’ingénierie. Alors que les clients développent les capacités de fabrication de semi-conducteurs et les infrastructures d’IA dans le monde entier, la capacité à équilibrer la préservation de l’eau et l’efficacité énergétique deviendra un facteur de plus en plus important de réussite des projets. Exyte accompagne ses clients avec des études d’ingénierie et des évaluations technologiques afin d’identifier l’équilibre le plus approprié entre l’utilisation de l’eau et la demande énergétique. 
 

À propos des experts 

Hartmut Schneider est Senior Director Technology Management Semiconductor chez Exyte et est spécialisé dans les technologies de procédés pour semi-conducteurs, la conception d’installations et les infrastructures de fabrication. 

Manfred Engelhard est Senior Director Technology Management Data Centers chez Exyte et se concentre sur les concepts de refroidissement avancés, l’efficacité énergétique et le développement des infrastructures de centres de données. 
 

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Souhaitez-vous en savoir plus sur les stratégies de réutilisation de l’eau pour les fabs de semi-conducteurs ou sur les concepts de refroidissement pour les centres de données d’IA ? Les experts d’Exyte peuvent vous aider à évaluer les exigences spécifiques à votre projet et à identifier l’approche la plus adaptée pour équilibrer la préservation de l’eau et l’efficacité énergétique.  
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