L'énergie géothermique avancée pourrait répondre à près de deux tiers de la demande de nouveaux centres de données d'ici à 2030

Selon une analyse du groupe Rhodium

Une pénurie d'énergie se profile à l'horizon alors que les fournisseurs d'IA et d'informatique Cloud accélèrent la construction de centres de données. Mais un nouveau rapport suggère qu'une solution se trouve sous leurs fondations. L'énergie géothermique avancée pourrait répondre à près de deux tiers de la nouvelle demande de centres de données d'ici 2030, selon une analyse du groupe Rhodium. Ces ajouts permettraient de quadrupler la capacité d'énergie géothermique aux États-Unis - de 4 gigawatts à environ 16 gigawatts - tout en coûtant le même prix ou moins que ce que les opérateurs de centres de données paient aujourd'hui.

La croissance rapide de l'IA a fait grimper la demande en énergie à un niveau bien plus élevé que ce qui était prévu. Aux États-Unis, elle mettrait déjà à rude épreuve les capacités de production du pays, ce qui met les entreprises dans l'embarras. Des estimations montrent que les prévisions de croissance sur neuf ans pour l'Amérique du Nord ont pratiquement doublé par rapport à 2023, car les entreprises construisent des centres de données pour l'IA qui font paraître minuscules les besoins des centres de données traditionnels.

Pour de nombreux experts, la fusion nucléaire est considérée comme la solution utlime à ce problème. Entre temps, les géants de la technologie se tournent vers les énergies éolienne, solaire ou géothermique. Concernant cette dernière, de nouvelles analyses mettent en évidence l'énorme potentiel des centres de données alimentés par l'énergie géothermique aux États-Unis.

Pour rappel, l'énergie géothermique est l'énergie thermique extraite de la croûte terrestre. Elle combine l'énergie provenant de la formation de la planète et de la désintégration radioactive. Contrairement à l'énergie éolienne et solaire, les centrales géothermiques produisent de l'électricité à un rythme constant, indépendamment des conditions météorologiques. Les ressources géothermiques sont théoriquement plus que suffisantes pour répondre aux besoins énergétiques de l'humanité. La majeure partie de l'extraction a lieu dans des zones situées à proximité des limites des plaques tectoniques.

L'énergie géothermique de nouvelle génération peut alimenter économiquement près des deux tiers de la croissance des centres de données prévue aux États-Unis au cours de la prochaine décennie, selon un nouveau rapport du fournisseur de recherche indépendant Rhodium Group. Pour compléter ce résultat notable, Project InnerSpace a lancé un nouveau module de centre de données dans son outil GeoMap qui informera les développeurs de centres de données sur les emplacements les plus prometteurs pour le développement de la géothermie, à la fois aux États-Unis et dans le monde entier.


La géothermie offre des avantages considérables pour répondre à la croissance de la charge des centres de données, notamment un facteur de capacité élevé, une grande disponibilité géographique et une abondance massive de chaleur souterraine. Le nouveau module pour centres de données de GeoMap, qui comprend une analyse de favorabilité des sites, trouve une synergie particulière pour les centres de données au Texas, sur les terres fédérales dans tout l'ouest des États-Unis, et dans plusieurs endroits en dehors des États-Unis, y compris, mais sans s'y limiter, en Hongrie, en Indonésie et sur la côte est de l'Australie.

GeoMap utilise un modèle de données qui évalue le potentiel d'énergie géothermique jusqu'à 5 000 mètres avec un seuil de température de 150°C, ce qui garantit que les sites répondent aux exigences minimales en matière de production d'énergie et peuvent être forés de manière économique en utilisant les technologies actuelles. Le modèle tient également compte de la proximité des nœuds de fibre optique, un élément crucial pour la connectivité.

"Alors que les États-Unis se trouvent dans une ère de concurrence urgente pour développer l'IA, tous les regards se tournent vers la croissance des centres de données et les augmentations correspondantes de la demande d'énergie", a déclaré Drew Nelson, vice-président des programmes chez Project InnerSpace. "L'abondance et la fiabilité de la géothermie en font un choix évident pour répondre à une grande partie de cette demande et, pour la première fois, cette recherche chiffre exactement ce potentiel. Le potentiel de développement est vraiment énorme."

Les centres de données consomment beaucoup d'énergie et ont besoin d'une alimentation de base et d'un refroidissement constants et fiables. Le rapport du groupe Rhodium, réalisé avec le soutien du projet InnerSpace, a révélé que l'énergie géothermique pourrait répondre économiquement à 64 % de la croissance prévue de la demande en centres de données aux États-Unis d'ici le début des années 2030 et que la géothermie pourrait répondre à 100 % de la croissance prévue de la demande en centres de données dans 13 des 15 plus grands marchés de centres de données.

En outre, si les centres de données sont construits là où les ressources thermiques souterraines sont les plus abondantes, l'énergie géothermique pourrait répondre à la totalité de la demande des centres de données et réduire le coût moyen national de l'électricité (LCOE) des centres de données alimentés par l'énergie géothermique de 45 %, selon le rapport.

L'énergie géothermique peut également être déployée pour refroidir les centres de données, ce qui, selon le type de centre, peut représenter jusqu'à 40 % de la demande d'énergie des centres de données. Cela signifie que les entreprises peuvent mener des opérations plus efficaces ou construire des centres de données plus grands ou plus denses avec une faible augmentation de la consommation d'énergie. Une couche de sélection pour le refroidissement géothermique est incluse dans le module des centres de données de GeoMap.

Un exemple qui confirme ce rapport : en 2023, une centrale géothermique de nouvelle génération soutenue par Google a commencé à fournir de l'électricité dépourvue de carbone au réseau du Nevada, où l'entreprise technologique exploite certains de ses énormes centres de données. Le projet de 3,5 mégawatts, appelé Project Red, fournit désormais de l'électricité directement à la compagnie d'électricité NV Energy, basée à Las Vegas.

Cette annonce interviennait plus de deux ans après que Google et Fervo ont signé un accord d'entreprise pour développer la centrale "géothermique améliorée". Contrairement aux centrales géothermiques classiques, qui exploitent la chaleur présente à proximité de la surface de la terre, la société Fervo, basée à Houston, utilise des techniques de forage avancées pour accéder à des ressources plus profondes ou plus difficiles à atteindre que les sources d'eau chaude ou les geysers.


Voici le rapport du Rhodium Group pour plus d'information :

[QUOTE]
Le potentiel de l'énergie géothermique pour répondre à la demande croissante d'électricité des centres de données

La demande croissante d'électricité provenant des nouveaux centres de données, en particulier sous l'effet de la croissance explosive de l'intelligence artificielle (IA), est rapidement devenue un sujet important dans les cercles de l'énergie et de la technologie. Bien que l'on ne sache pas exactement quelle pourrait être l'ampleur de ce boom de la demande, il est clair que les compagnies d'électricité et les décideurs politiques prennent au sérieux la possibilité de cette croissance et envisagent une série de solutions pour répondre à ce besoin croissant.

Le maintien du leadership américain en matière d'IA - une priorité majeure du gouvernement fédéral, toutes administrations confondues - repose en partie sur la garantie d'une quantité d'électricité suffisante pour répondre à la croissance de la charge des nouveaux centres de données. Les grandes entreprises technologiques ont des objectifs ambitieux en matière de gaz à effet de serre et d'électricité propre, ce qui signifie que cette nouvelle croissance de la charge doit provenir de sources propres.

La géothermie de nouvelle génération présente un certain nombre d'avantages pour répondre à cette nouvelle croissance de la charge, notamment un facteur de capacité élevé, une large dispersion géographique et la quantité d'énergie souterraine disponible à exploiter. Dans cette note, nous estimons la part de la demande électrique des centres de données qui pourrait être couverte par la géothermie au cours de la prochaine décennie. Il existe de nombreuses technologies géothermiques prometteuses de nouvelle génération ; nous nous concentrons sur l'utilisation des systèmes géothermiques améliorés (EGS) derrière le compteur en raison de leur large disponibilité géographique ainsi que de la disponibilité publique des données de modélisation.

Nous constatons que si les modèles de croissance des centres de données suivent les tendances historiques de regroupement, la géothermie pourrait répondre économiquement à 64 % de la croissance attendue de la demande d'ici le début des années 2030, selon nos hypothèses de base. Si les centres de données s'installent dans les zones disposant des meilleures ressources géothermiques, la géothermie a le potentiel de répondre à toute la croissance prévue de la demande des centres de données à des prix de 31 à 45 % inférieurs à ceux d'une approche groupée.

Les décideurs politiques, les entreprises technologiques et les développeurs géothermiques doivent agir rapidement pour atteindre la vitesse et l'échelle requises pour répondre à cette opportunité, et nous décrivons les changements politiques, tels que l'amélioration des processus d'autorisation, qui seraient nécessaires pour y parvenir. La géothermie pourrait être une solution clé pour répondre aux besoins croissants en électricité des centres de données.

Croissance actuelle de la demande des centres de données et prévisions pour l'avenir

La croissance rapide de la demande d'électricité des centres de données est rapidement apparue comme un défi majeur auquel le secteur américain de l'électricité doit faire face aujourd'hui. Cette augmentation de la demande provient en grande partie de la construction et de l'utilisation de centres de données pour l'entraînement de modèles d'intelligence artificielle (IA) et la fourniture de services d'IA, en particulier sous la forme d'IA générative comme ChatGPT, xAI, Meta AI, Google Gemini et Microsoft Copilot.

Combinée à d'autres sources de croissance de la charge électrique, cette augmentation de la demande pourrait repousser les limites du réseau électrique, les services publics et les opérateurs de réseau devant faire face à la nécessité de connecter une grande quantité de nouvelles capacités de production et de maintenir l'équilibre du système après des décennies de croissance de la charge pratiquement nulle.

Au cours des dernières années, la consommation d'électricité dans les centres de données a augmenté rapidement, mais à partir d'une base relativement restreinte. Comme indiqué dans une publication du Lawrence Berkeley Lab (LBL) de décembre 2024 sur l'utilisation de l'énergie dans les centres de données, plusieurs organisations ont estimé la croissance historique récente de la demande d'électricité des centres de données et ont trouvé des taux de croissance annuels composés (TCAC) de l'ordre de 20-25 % au début des années 2020. En d'autres termes, la part de la consommation totale d'électricité aux États-Unis provenant des centres de données est passée d'environ 2 % en 2020 à environ 4,5 % en 2024 - bien qu'il soit difficile d'obtenir des chiffres exacts en raison du manque de données cohérentes (figure 1).


L'incertitude est encore plus grande quant à l'ampleur de la croissance de la demande des centres de données à l'avenir. Le même rapport du LBL sur les centres de données prévoit que la demande totale d'électricité des centres de données pourrait augmenter pour représenter 7 à 12 % de la demande totale d'électricité d'ici 2028, ce qui représente un taux de croissance annuel moyen de 15 à 35 % par rapport à aujourd'hui. De nombreux groupes, dont des organismes de recherche, des sociétés de conseil et des banques d'investissement, ont produit un éventail plus large d'estimations pour la croissance jusqu'en 2030, allant d'un TCAC relativement modeste de 5 % à un niveau de croissance soutenu de 35 % ou plus, aligné sur l'extrémité supérieure de la projection du LBL.

Les principales sources d'incertitude dans l'estimation de la consommation future d'électricité des centres de données comprennent la capacité des centres de données à accéder réellement à l'électricité dont ils auraient besoin pour fonctionner - le sujet de cette note - ainsi que la disponibilité des puces d'IA, le potentiel de gains d'efficacité dans les centres de données (en particulier pour les utilisations finales à forte consommation d'énergie telles que le refroidissement), le potentiel de gains d'efficacité des modèles dans la formation et l'inférence (l'utilisation de modèles pour fournir des services d'IA), la quantité de projets spéculatifs ou doublement comptabilisés dans les calculs de prévision de la demande, la mesure dans laquelle les développeurs de modèles qui suivent rapidement fournissent des services d'IA à moindre coût qui sapent les modèles commerciaux des développeurs de modèles pionniers, et le niveau d'investissement global et soutenu dans le secteur.

L'émergence récente de DeepSeek et d'o3-mini, qui revendiquent des coûts de formation et une consommation d'électricité nettement inférieurs à ceux des modèles précédents, éclaire une autre partie de la conversation en cours : un modèle plus efficace signifie-t-il nécessairement une moindre consommation totale d'électricité, ou simplement un accès plus abordable et plus répandu aux services d'IA entraînant une demande beaucoup plus importante pour l'inférence d'IA - un exemple du paradoxe de Jevons.

Un autre facteur lié à la composition des futurs centres de données est l'équilibre entre l'apprentissage de l'IA et l'inférence. Les approches actuelles de développement de modèles exigent qu'un modèle soit formé dans un seul centre de données, de sorte qu'un modèle plus grand et plus performant nécessite un centre de données plus grand et une augmentation plus concentrée de la croissance de la charge. Une fois qu'un modèle est formé, les appels d'inférence sont flexibles et n'ont pas besoin d'être concentrés géographiquement. Si les futures approches de l'IA sont davantage axées sur l'inférence que sur la formation, comme c'est le cas avec DeepSeek, le niveau de la demande d'électricité pourrait être à peu près le même, mais la flexibilité et la dispersion relative de cette charge pourraient permettre d'y répondre plus facilement.

Les prévisions des services publics et des exploitants de réseaux constituent une source couramment citée pour les prévisions de croissance de la charge très élevées. Bien que ces projections soient des données importantes à prendre en compte et qu'elles puissent être particulièrement utiles pour mettre en lumière les points d'étranglement régionaux, il convient également de faire preuve de prudence. Les prévisions des services publics concernant l'augmentation future de la demande des centres de données peuvent surestimer le niveau de croissance dans l'ensemble, car les développeurs de centres de données peuvent envisager d'implanter leurs installations à plusieurs endroits, ce qui entraîne un double comptage au niveau national.

Malgré l'incertitude quant au niveau absolu de la croissance de la demande d'électricité des centres de données, certaines choses sont claires. Tout d'abord, le maintien du leadership américain en matière d'IA est une priorité politique majeure et bipartisane - les administrations Biden et Trump ont toutes deux publié des décrets dans ce sens.

Deuxièmement, les grandes entreprises technologiques qui sont à l'origine de l'essor de l'IA, notamment Amazon, NVIDIA et Meta, ont pris des engagements en matière de gaz à effet de serre (GES) et d'électricité propre. Quelques entreprises, dont Microsoft et Google, ont des objectifs plus ambitieux, à savoir fonctionner avec 100 % d'électricité propre sur une base horaire d'ici à 2030. Les grands acheteurs d'électricité bénéficient d'un plus grand nombre d'options pour se procurer de l'électricité propre afin de respecter leurs engagements, d'autant plus que certaines entreprises ont vu les émissions liées à leur consommation d'électricité augmenter récemment. Continuer à acheter de l'électricité sans carbone à partir de toutes les sources peut aider ces entreprises à progresser vers ces objectifs, et s'approvisionner en électricité à partir de sources propres à haute disponibilité, comme la géothermie, peut également faciliter la réalisation de ces objectifs 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.

Enfin, la demande des centres de données est loin d'être la seule source de croissance pour l'électricité. L'accélération de l'électrification dans les secteurs des transports et des bâtiments, l'adoption de technologies électrifiées dans l'industrie, ainsi que l'ensemble du parc immobilier et la croissance économique sont autant de facteurs qui font augmenter la demande d'électricité. Dans le cadre de la politique actuelle, nous avons précédemment estimé que la demande totale d'électricité aux États-Unis augmenterait de 24 à 29 % en 2035 par rapport aux niveaux de 2023, et que les centres de données ne représentaient qu'environ un quart de cette croissance. Au-delà de 2035, des technologies naissantes mais gourmandes en électricité, telles que la capture directe de l'air et l'hydrogène électrolytique, pourraient entraîner une croissance encore plus rapide de la demande. Dans ce contexte, il est utile en soi de déterminer comment répondre à la demande croissante d'électricité des centres de données, mais il s'agit également d'un test important à court terme pour évaluer le potentiel de la géothermie à répondre à la croissance de la demande à long terme tout en continuant à réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le secteur de l'électricité.

Solutions à la croissance de la demande des centres de données

Il existe une multitude de solutions potentielles pour répondre à la forte croissance des besoins en électricité des centres de données ou pour l'atténuer, chacune d'entre elles présentant des avantages et des difficultés. Voici une liste non exhaustive de ces solutions :

• Construire de nouveaux moyens de production : La réponse la plus courante pour répondre à la demande croissante dans le secteur de l'électricité est la construction de nouveaux générateurs connectés au réseau. Les États-Unis ont ajouté en moyenne un peu moins de 40 GW de production et de stockage d'énergie à l'échelle du service public chaque année depuis 2019, la grande majorité de cette nouvelle production provenant de sources sans émissions comme le solaire, l'éolien et les batteries. Mais la nouvelle production est confrontée à des défis, notamment de longues files d'attente pour l'interconnexion, de longs délais pour l'approvisionnement en équipements (y compris les panneaux solaires et les turbines à gaz) et l'incertitude politique. Les ressources sans émission comme l'éolien et le solaire sont intrinsèquement variables, et même si des combinaisons bien planifiées de générateurs et de stockage d'énergie peuvent fonctionner à des facteurs de capacité relativement élevés, elles ne permettent toujours pas d'atteindre la disponibilité 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 exigée par de nombreux centres de données. Compte tenu des longs délais d'attente pour connecter l'énergie solaire et les batteries au réseau, certaines entreprises technologiques se tournent vers la construction de nouvelles centrales au gaz pour répondre à la demande des centres de données, ce qui va à l'encontre de leurs engagements en matière de décarbonisation. En outre, si les nouvelles capacités de gaz peuvent généralement fonctionner lorsqu'elles sont sollicitées, leur exploitation entraîne des émissions de gaz à effet de serre et de polluants conventionnels. Comme nous l'expliquons dans cette note, la géothermie de nouvelle génération peut fournir de l'électricité propre et ferme, ce qui résout les problèmes auxquels sont confrontés les autres types de nouvelles ressources de production.
• Maintenir en ligne la production d'énergie fossile existante : Certains actifs de production d'énergie fossile qui doivent être mis hors service, en particulier les centrales au charbon, pourraient être maintenus sur le réseau et continuer à produire de l'électricité. Comme cette production est déjà construite et connectée au réseau, il n'y aurait que peu ou pas de retard dans l'utilisation de ces actifs pour répondre à la demande des centres de données à court terme. Mais les centrales au charbon produisent des niveaux élevés de gaz à effet de serre et d'émissions polluantes classiques, et la poursuite de leur exploitation va intrinsèquement à l'encontre de la décarbonisation.
• Redémarrer les centrales nucléaires fermées : Microsoft a fait la une des journaux en signant un accord d'achat d'électricité sur 20 ans avec un réacteur de Three Mile Island. À peu près au même moment, le ministère de l'énergie a finalisé une garantie de prêt pour aider au redémarrage de la centrale nucléaire de Palisades. Selon la centrale nucléaire, le redémarrage des centrales fermées peut prendre un certain temps - la centrale de TMI doit être remise en service en 2028, soit environ quatre ans après l'accord avec Microsoft - mais elle peut être disponible plus rapidement que certaines nouvelles sources d'énergie. Le nucléaire est également une solution intéressante en raison de son facteur de capacité élevé et de l'absence d'émissions de gaz à effet de serre au moment de la production. Cette approche n'est pas non plus bon marché, le propriétaire de TMI, Constellation, ayant indiqué un coût de 1,6 milliard de dollars pour remettre la centrale en service, et il n'y a qu'environ 8 GW d'installations récemment fermées qui pourraient être remises en service de manière réalisable.
• Construire des ressources hors réseau : Pour éviter les longs délais liés à la connexion au réseau des nouveaux générateurs et des nouveaux centres de données, les développeurs de centres de données peuvent également envisager des solutions énergétiques en dehors du compteur pour répondre à leur propre demande d'électricité. De nouveaux travaux intéressants proposent que des micro-réseaux solaires hors réseau puissent rapidement répondre à la nouvelle demande d'électricité des centres de données avec des niveaux d'émissions de gaz à effet de serre relativement faibles et à des coûts relativement compétitifs.
• Déplacement de la demande : Une analyse récente a montré que le réseau américain tel qu'il existe actuellement pourrait accueillir des dizaines de gigawatts de la nouvelle charge des centres de données si ces installations étaient exploitées de manière flexible, en réduisant la consommation d'électricité pendant les périodes de pointe du réseau. Les centres de données d'IA fonctionnent généralement à des facteurs de capacité très élevés, car l'intérêt économique est d'utiliser le plus possible les équipements de calcul très coûteux ; cette intégration nécessiterait donc un changement dans le fonctionnement des centres de données. Comme nous l'avons vu plus haut, l'augmentation de l'inférence de l'IA dans ces centres de données pourrait permettre une plus grande flexibilité de la demande.
  

Selon toute vraisemblance, une combinaison de plusieurs de ces solutions sera nécessaire pour répondre à la demande croissante d'électricité des centres de données ainsi qu'à d'autres nouvelles sources de charge. Dans la suite de cette note, nous examinons l'utilisation de la production d'énergie géothermique en aval du compteur pour fournir de l'électricité aux centres de données à grande échelle - une approche prometteuse qui a le potentiel de jouer un rôle important pour répondre à cette croissance de la charge.

Le rôle et les promesses de l'énergie géothermique

L'énergie géothermique exploite d'énormes quantités de chaleur sous la surface de la Terre pour faire tourner une turbine qui produit de l'électricité ou pour fournir directement du chauffage et de la climatisation. La géothermie est une source de production d'électricité particulièrement prometteuse en raison de sa nature renouvelable, de ses émissions de gaz à effet de serre faibles ou nulles et de sa grande disponibilité. Les centrales géothermiques ont généralement un facteur de capacité de 90 % ou plus, ce qui signifie qu'elles peuvent produire de l'électricité de manière quasi constante. C'est un complément utile aux autres technologies renouvelables comme l'éolien et le solaire qui produisent de l'électricité sur une base variable.

Aujourd'hui, le réseau électrique américain dispose d'une capacité géothermique nominale d'environ 4 gigawatts (GW). Cette capacité se trouve entièrement dans les États de l'Ouest et est fortement concentrée en Californie et au Nevada. Toutes les centrales géothermiques en activité aux États-Unis sont basées sur la technologie hydrothermique conventionnelle, dans laquelle des puits sont forés pour produire de l'eau chaude ou de la vapeur à partir de réservoirs naturellement perméables situés jusqu'à quelques kilomètres sous terre. Le fluide produit est utilisé pour faire tourner une turbine afin de produire de l'électricité et est généralement réinjecté dans le sous-sol, en totalité ou en partie. Dans les centrales à vapeur sèche, le fluide à haute température est produit sous forme de vapeur pure et envoyé directement dans une turbine pour produire de l'électricité, avant d'être évacué directement dans l'atmosphère ou refroidi et condensé en liquide pour être réinjecté dans le réservoir. Dans les centrales à vapeur instantanée, le fluide produit est entièrement ou partiellement liquide et est dépressurisé après avoir été amené à la surface, ce qui le transforme partiellement en vapeur, qui est ensuite utilisée de la même manière que dans une centrale à vapeur sèche....