28 juillet 2025
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Catégories: dossier, datacenter et cuivre
11 min de lecture

Section 1/5 - Datacenter et cuivre, les enjeux

Table des matières

Le cuivre réel enjeu des datacenters hyperscale

Résumé

Si les débats publics sur les datacenters se concentrent majoritairement sur leur consommation d’énergie et leurs émissions de gaz à effet de serre, un autre enjeu matériel, pourtant central, reste largement sous-estimé : le cuivre.

Présent à toutes les étapes de la chaîne électrique et numérique (alimentation, redondance, transformateurs, serveurs, câblage réseau), le cuivre constitue la colonne vertébrale de l’infrastructure numérique mondiale. Pourtant, sa criticité reste peu connue, alors qu’elle est si importante comme nous allons le voir.

Un datacenter classique de 100 MW mobilise environ 500 tonnes de cuivre (5 tonnes/MW), principalement dans l’infrastructure électrique et les serveurs. Dans les configurations hyperscale dédiées à l’intelligence artificielle (IA), les besoins sont considérablement amplifiés : 27 tonnes/MW, soit 27 000 tonnes pour un site de 1 GW. Cette intensification représente aux alentours de 300 millions de dollars de cuivre par projet IA de grande envergure (estimation basée sur le prix du scénario haut de 10 à 12 000 USD/tonne). Ces volumes s’ajoutent à une pression mondiale croissante, portée par la transition énergétique, l’électrification des transports et les tensions géopolitiques autour des zones minières.

Les datacenters deviennent ainsi des acteurs majeurs d’un marché déjà sous contrainte. En 2050, leur demande pourrait représenter entre 2,2 et 5,5 millions de tonnes de cuivre par an, soit jusqu’à 20 % de la production mondiale actuelle ; de son côté, BHP table sur 3 millions de tonnes [13]. Cette trajectoire pose la question de la dépendance stratégique à quelques pays producteurs (Chili, République démocratique du Congo), au raffinage concentré en Chine, et au recyclage encore insuffisamment industrialisé. La Banque de France expose bien, de son côté, les enjeux de la croissance, notamment induite par l’IA, qui renforce la forte hausse de la demande de cuivre liée à la transition énergétique, et ainsi accentue les déséquilibres sur ce marché, avec des risques pour la stabilité financière [14].

À mesure que l’infrastructure numérique monte en puissance, le cuivre ne peut plus être considéré comme un simple consommable technique. Il devient à la fois une variable d’architecture, un facteur de souveraineté industrielle et un indicateur critique de résilience pour les futures plateformes numériques.

Ce dossier sur le cuivre dans les datacenters se décompose en 5 grandes sections :

  1. Identification et quantification précise,
  2. Analyse des coûts, alternatives, concurrence et contexte géopolitique,
  3. Exploration des innovations technologiques et des scénarios de recyclage,
  4. Impact de l’IA sur l’évolution de la demande en cuivre,
  5. Recommandations, visions prospectives et conclusions.
SECTION 1/5 : Identification et quantification précise

1. Introduction : un métal critique dans l’ombre du cloud

L’essor du cloud, des plateformes IA et des réseaux de contenu a imposé une transformation massive des infrastructures numériques. Au cœur de cette révolution, les datacenters, dont la puissance installée double tous les cinq à sept ans, forment la base physique de notre monde, loin d’être virtuel. Pourtant, alors que l’on mesure souvent leur empreinte carbone ou leur consommation d’eau, voire leur consommation électrique, leur dépendance matérielle, notamment au cuivre, reste peu évoquée.

Ce dossier a pour objectif de mettre en lumière l’ampleur, la complexité et la criticité du cuivre dans l’architecture des datacenters. Il s’appuie sur une double approche : une modélisation technico-économique d’un datacenter de 100 MW, utilisé comme référence, et une extension vers les nouvelles générations de sites hyperscale IA, souvent dix fois plus puissants, et même plus.

La démarche vise à :

  • Quantifier précisément les volumes de cuivre impliqués, selon les fonctions (alimentation, câblage, serveurs, refroidissement),
  • Évaluer les coûts associés, en fonction des scénarios de marché clairement définis,
  • Mesurer l’impact des droits de douane et des tensions géoéconomiques, notamment avec la Chine,
  • Comparer la trajectoire du cuivre des datacenters à celle d’autres filières intensives (véhicules électriques, énergies renouvelables),
  • Explorer les perspectives de résilience : substitution, recyclage, innovation technologique et localisation stratégique.

Loin d’être un simple composant technique, le cuivre apparaît de plus en plus comme un déterminant matériel des ambitions numériques mondiales et un facteur plus ou moins important de souveraineté.

2. Architecture électrique d’un datacenter : où se cache le cuivre ?

Lorsqu’on pénètre dans un datacenter hyperscale, ces monuments numériques du XXIe siècle, le cuivre est partout, sans jamais se voir. Principalement concentré dans l’architecture électrique, il assure l’alimentation, la protection, la transformation et la distribution de l’énergie, constituant la véritable colonne vertébrale matérielle du numérique.

2.1. Une colonne vertébrale en cuivre : intensité variable selon les usages

Tout commence au niveau des postes haute ou moyenne tension, avec une descente progressive vers la basse tension utilisée en salle IT. À chaque étape, le cuivre est le matériau dominant pour sa conductivité, sa résistance à la chaleur, sa longévité et son efficacité électrique.

L’intensité en cuivre d’un datacenter varie considérablement selon sa configuration et ses usages. Des études récentes permettent d’établir une typologie claire :

Datacenters traditionnels : Les installations classiques (stockage, calcul généraliste, web) utilisent entre 5 et 8 tonnes de cuivre par MW [1]. Cette intensité relativement modérée s’explique par des densités de puissance limitées et des architectures électriques standardisées.

Datacenters IA-optimisés : Les installations dédiées à l’intelligence artificielle présentent une intensité cuivre de 20 à 27 tonnes par MW, voire plus dans certaines configurations avancées [2]. L’exemple du datacenter Microsoft à Chicago, optimisé pour l’IA, atteint 27 tonnes de cuivre par MW, soit plus de cinq fois l’intensité d’un datacenter traditionnel [3].

Cette différence s’explique par plusieurs facteurs spécifiques à l’IA : densité de puissance par rack multipliée par 3 à 5, systèmes de refroidissement liquide intensifs, redondance électrique renforcée, et interconnexions réseau haute performance.

Une étude récente du Western Electricity Coordinating Council (WECC) (2025) confirme qu’un datacenter hyperscale de 100 MW peut contenir entre 300 et 500 tonnes de cuivre dans son infrastructure électrique seule (câbles MT/BT, busbars, transformateurs, équipements de secours), hors serveurs [4]. Cette estimation, qui se concentre sur la distribution électrique, représente environ 60 % de l’intensité cuivre totale d’un datacenter traditionnel.

Dans un tel datacenter, la longueur cumulée de câblage peut atteindre plusieurs centaines de kilomètres, notamment dans les salles de distribution, les galeries techniques et les faux planchers. Chaque kilowatt transféré efficacement repose sur une infrastructure où le cuivre est omniprésent.

La densité de câblage est alors très importante : chaque rack de serveurs est alimenté par plusieurs circuits, souvent redondés (partiellement en N+1 ou totalement en 2N). Bien que des estimations antérieures aient pu suggérer des chiffres inférieurs, l’intégration de la densité globale de 27 tonnes/MW pour un datacenter IA implique que l’infrastructure électrique, y compris le câblage, représente une part substantielle de cette masse totale. Par exemple, pour un datacenter de 100 MW, la distribution électrique (câblage HT/BT et distribution) représente entre 1 485 et 1 755 tonnes de cuivre [2].

Le rapport de Shehabi et al. (US DOE/LBNL, 2016) confirmait déjà que l’infrastructure électrique d’un datacenter représente plus de 50 % de la masse totale de cuivre embarqué [3].

2.2. Le cuivre des serveurs et des réseaux

Moins intuitif que pour la distribution électrique, le cuivre est aussi fortement présent au cœur des serveurs, dans les cartes mères multicouches (15 à 20 % cuivre), dans les alimentations redondantes avec fils tressés et inducteurs, tout au long des réseaux internes (Ethernet, Infiniband) en cuivre et finalement dans les systèmes de refroidissement liquide intégrant des conduits ou échangeurs cuivre.

Reinbigler & Martin (2025) estiment que chaque serveur standard embarque entre 1,5 et 2,5 kg de cuivre, et jusqu’à 3,5 kg pour les nœuds GPU-IA (par la complexité des alimentations, du refroidissement et des interconnexions) [4].

2.3. Conclusion

Le cuivre constitue l’infrastructure peu connue, mais vitale des datacenters. Contrairement aux fibres optiques ou aux GPU, il ne change pas à chaque génération. Il s’impose par sa stabilité physique, son efficacité thermique et sa fiabilité électrique. C’est aussi pour cela qu’il est si difficile à substituer : car remplacer le cuivre, c’est reconfigurer toute une chaîne électrique… avec de lourdes conséquences sur la sécurité, la résilience et les coûts.

3. Quantification : combien de cuivre dans un datacenter ?

Lorsqu’on évoque la consommation de cuivre dans les datacenters, les chiffres varient parfois du simple au double, voire plus. Cela tient à la diversité des configurations : topologie électrique, redondance (N+1, 2N), densité serveur et niveau d’intégration technologique.

Pourtant, une constante demeure : le cuivre est partout, et sa quantité suit proportionnellement la puissance électrique installée.

3.1. Une densité de référence : 5 tonnes par MW pour un datacenter classique

Selon des études récentes et des analyses de cas concrets, un datacenter traditionnel (stockage, calcul généraliste, web) requiert environ 5 à 8 tonnes de cuivre par mégawatt de puissance installée [5] ; nous utilisons la valeur basse de 5 tonnes dans le dossier.

Ce ratio comprend :

  • L’infrastructure électrique (câbles, transformateurs, onduleurs, omnibus)
  • Les équipements de secours (groupes électrogènes, redondance Tier III ou IV)
  • Les équipements informatiques eux-mêmes (serveurs, cartes réseau, PCB)

Dans le cas d’un datacenter classique de 100 MW, cela se traduit par environ 500 tonnes de cuivre, selon le niveau de redondance et le type de serveurs déployés. Cette valeur de référence de 5 tonnes/MW constitue la base pour comprendre l’évolution vers des configurations plus intensives.

3.2. Répartition indicative par usage (datacenter classique 100 MW)

La granularité des données techniques issues de diverses sources industrielles permet d’estimer la part de chaque poste dans la consommation totale d’un datacenter traditionnel. Les systèmes de distribution d’énergie représentent la part la plus importante de la consommation de cuivre [6].

Usage Estimation (tonnes pour 100 MW) Part du total (%)
Câblage HT/BT + distribution 275 — 325 55—65 %
Transformateurs & UPS 50 — 65 10—13 %
Réseau (LAN cuivre) 25 — 35 5—7 %
Refroidissement & moteurs 35 — 45 7—9 %
Serveurs physiques 150 — 175 30—35 %
Total estimé 500 100 %

Note : Ces chiffres correspondent à un datacenter traditionnel (hors IA) et peuvent varier en fonction de la conception spécifique et des technologies utilisées. Les configurations IA présentent des intensités significativement plus élevées, traitées dans les chapitres dédiés en section 4.

3.3. Cas particulier : serveurs haute densité et IA

Les serveurs de calcul intensif (GPU, IA, HPC) consomment une quantité de cuivre significativement plus élevée par unité qu’un serveur standard. Chaque unité peut embarquer plusieurs kilogrammes de cuivre. Par exemple, un rack de serveurs IA d’une puissance de 1 MW peut nécessiter jusqu’à 200 kg de cuivre pour les barres omnibus (busbars) seules [8].

Le cuivre est réparti dans :

  • Le câblage haute fréquence (Infiniband, PCIe Gen5)
  • Les connecteurs et dissipateurs thermiques
  • Les alimentations redondées
  • Les tresses de masse et interconnexions en cuivre pur

Dans un datacenter IA de 100 MW accueillant un grand nombre de GPU, cela représente une augmentation substantielle de la demande en cuivre, notamment pour les équipements actifs.

3.4. Facteurs influençant la densité cuivre

Plusieurs paramètres influencent fortement la quantité de cuivre requise :

  • Topologie électrique : une redondance 2N double quasiment le câblage par rapport à N+1 [11] [12]
  • Niveau de tension distribué : certaines architectures en 380 V DC réduisent les pertes, donc les sections nécessaires (présenté en section 3)
  • Technologie de refroidissement : les systèmes liquides (direct-to-chip) embarquent davantage de cuivre que l’air forcé (présenté en section 3)
  • Densité de puissance : plus la densité par rack augmente, plus les omnibus (busbars) et les alimentations sont massifs
  • Géographie du site : les distances entre bâtiments influencent directement les longueurs de câbles

3.5. Exemples concrets

Microsoft Azure (2023) : Un datacenter de Microsoft à Chicago a été estimé à 27 tonnes de cuivre par MW, ce qui pour un datacenter de 100 MW représente environ 2 700 tonnes de cuivre [5] [13].

Meta (2022) : Les rapports d’infrastructure de Meta fournissent des données sur l’empreinte matérielle de leurs datacenters, bien que des chiffres précis sur le cuivre par MW ne soient pas toujours directement disponibles. Leurs efforts en matière de durabilité incluent l’optimisation de l’utilisation des ressources [9].

Nvidia SuperPOD (2024) : Les spécifications des serveurs Nvidia DGX H100 et des architectures SuperPOD indiquent une consommation de cuivre élevée pour les interconnexions et les systèmes d’alimentation, reflétant les besoins des charges de travail IA [10].

Ces exemples illustrent la variabilité des besoins en cuivre selon les configurations et les usages spécifiques des datacenters.

Références - Section 1

Voir aussi