Conception, réalisation et modélisation d’un démonstrateur de refroidissement de data center par immersion diphasique dans un fluide diélectrique

Contexte

Une grande partie de l’énergie électrique consommée dans les datacenters est dissipée sous forme de chaleur, qui doit être évacuée par des systèmes de refroidissement optimisés pour maintenir les équipements dans des conditions de fonctionnement optimales. Les systèmes de climatisation et de traitement de l’air sont actuellement largement utilisés, mais souffrent d’une efficacité énergétique limitée en raison de faibles coefficients de transfert thermique. Comme alternatives, des systèmes de refroidissement liquide monophasés et biphasés ont été explorés. Cependant, les premiers sont limités par une mise en œuvre complexe ou un faible rendement, tandis que les seconds sont actuellement limités aux systèmes à moyenne densité énergétique. À ce jour, aucune solution n’a été trouvée permettant de refroidir des équipements à haute densité énergétique (GPU, FPGA, etc.) avec une réduction significative de la consommation énergétique, tout en limitant l’encombrement du data center.

Travaux proposés

Objectif

L’objectif de ce projet de thèse est de concevoir un système d’immersion à changement de phase pleinement opérationnel dans le but d’atteindre des coefficients de transfert thermique très élevés (et donc de refroidir des équipements à forte densité énergétique) tout en gérant la question cruciale de la pression au sein du dispositif.

Jalons du projet

• Revue de la littérature sur les dispositifs d’immersion à changement de phase, avec un focus sur les fluides compatibles en fonction de leurs caractéristiques physiques (propriétés thermiques, viscosité, tension superficielle) et des équipements informatiques,
• Conception et construction d’un réservoir de refroidissement par immersion liquide et d’un système de contrôle de pression,
• Analyse expérimentale du système instrumenté complet (pression, débit, température, puissance thermique) avec charges résistives pour estimer les limites de fonctionnement,
• Développement d’un modèle numérique et validation par séquences expérimentales pour accélérer la conception future de tels systèmes,
• Réalisation d’un démonstrateur équipé de serveurs industriels et suivi de ses performances et capacités opérationnelles chez un partenaire industriel.

Lieu de travail et ressources

Au cours de sa thèse, le doctorant bénéficiera de l’environnement technique du laboratoire de l’IRDL, afin de mettre en place des dispositifs expérimentaux, de réaliser des expériences et d’effectuer leurs analyses à partir de modélisation. Les travaux seront supervisés par trois professeurs associés.

• Thibaut Colinart : thibaut.colinart@univ-ubs.fr ; 02 97 87 45 17
• Hervé Noël : herve.noel@univ-ubs.fr ; 02 97 87 45 15
• Pascal Le Bideau : pascal.le-bideau@univ-ubs.fr ; 02 97 87 45 31

La thèse débute le 1er octobre 2024 à l’IRDL de Lorient (France).