Thèse Metabolisme des Ressources et Analyse des Réseaux des Data Centers en Contexte Urbain H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain Direction de la thèse : Eric HERBERT ORCID 0000000165960895 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-12-31T23:59:59 La thèse adopte une approche systémique, en considérant les centres de données (CD) comme des noeuds d'intersection de multiples réseaux (électricité, information, eau, immobilier et réseaux financiers). Quatre objectifs complémentaires sont poursuivis :

Inventaire et état de l'art des modes d'alimentation électrique des CD à l'échelle mondiale, en distinguant le raccordement aux réseaux nationaux des centrales d'autoproduction dédiées (par exemple, des centrales thermiques sur site), et identification des grandes tendances. Si les CD sont traditionnellement intégrés aux réseaux électriques centralisés et partagent le même mix énergétique que les autres consommateurs, leur demande de puissance élevée et continue pousse de plus en plus les opérateurs vers la production décentralisée et l'intégration des énergies renouvelables, ce qui soulève des difficultés liées à l'intermittence et à la fiabilité ;
Analyse des flux de matières et d'énergie (AFME, MEFA en anglais) des centres de données, couvrant à la fois les composants de calcul (puces électroniques, semi-conducteurs, terres rares) et les infrastructures de support (bâtiments, réseaux électriques et d'information), afin de fournir des données quantitatives pour l'analyse institutionnelle de la récupération et du recyclage des matériaux en fin de vie ;
Détermination de la puissance installée totale des CD et de leur facteur d'utilisation associé. Cet objectif s'inscrit dans un axe de recherche plus large du LIED, visant à reconstituer la puissance installée des systèmes de consommation d'énergie (IPECS), incluant les moteurs, dispositifs et équipements des différents secteurs. Alors que la puissance installée des systèmes de production (c'est-à-dire des centrales électriques) est une métrique standard, celle des systèmes de consommation par secteur reste mal connue. L'IPECS sera étudiée comme une variable intervenant dans les effets rebond matériels des CD. Elle permettra en outre d'évaluer la distribution du facteur de charge, défini comme le rapport entre la puissance effectivement utilisée pendant le fonctionnement des systèmes et leur IPECS ;
Analyse des CD en tant que noeuds d'intersection de multiples réseaux, à travers le développement d'un cadre de modélisation de réseaux multiplexes permettant de comprendre l'influence dynamique des topologies sur l'ensemble des réseaux concernés.
Data centers (DCs) have experienced rapid growth over the past decades, further accelerated by
the development of artificial intelligence. DCs are material- and energy-intensive infrastructures,
comprising on the one hand, computational components (electronic chips, semiconductors, rare
earth elements) and, on the other hand, supporting infrastructures such as buildings, electricity
and information networks (involving construction materials, metals like copper, aluminium
etc). In addition, their development is land-intensive due to security restrictions in vertical
deployment, water-intensive due to high cooling requirements and finance intensive due to
extremely high investment costs expected to reach 1 trillion dollars in 2026, which is nearly
half of worldwide military spending. As such, DCs are hotspot intersection nodes of multiple
networks, including 1. electricity grids, 2. information and communication networks, 3. water
networks, 4. financial networks, 5. material and high-technology networks.
Urban areas are increasingly competing to attract DCs due to their perceived benefits, including
economic growth expectations for employment, civil engineering, data sovereignty, and others.
However, DCs introduce significant challenges in urban environments. These include heat
dissipation exacerbating urban heat islands (Molla, 2026), freshwater competition with domestic,
agricultural and industrial uses, land scarcity and real estate prices, and high and intermittent
power demand, leading to grid strain, potential power grid instabilities and energy price increases.
This project bridges three typically disconnected research communities:
1. Material and Energy Flow Analysis (MEFA, e.g. Krausmann et al., 2017) integrating power
dynamics;
2. Urban actor strategies (Tiwari et al., 2026) and financial networks;
3. Complex network analysis (Barabási, 2016).