Data centers : comment l’innovation permet de réduire leur empreinte carbone ?
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Publié le 20 mai 2022
Selon l’IEA (International Energy Agency), la consommation mondiale d’électricité des Data Centers en 2020 était de 200 à 250 TWh. Soit environ 1 % de la demande finale mondiale d’électricité. Cela exclut l’énergie utilisée pour l’extraction de cryptomonnaie, qui était d’environ 100 TWh en 2020.
Un impact finalement plus faible qu’on ne pouvait prédire. Mais avec l’augmentation des usages du numérique, notre activité cloud se développe ainsi que l’empreinte environnementale associée. Le trafic internet mondial a bondi de plus de 40 % en 2020, tiré par l’augmentation du streaming vidéo. Mais également par les vidéoconférences, les jeux en ligne et les réseaux sociaux. Cette croissance s’ajoute à la demande progressive de services numériques au cours de la dernière décennie. Depuis 2010, le nombre d’internautes dans le monde a doublé. Le trafic internet mondial lui, a été multiplié par 15, soit environ 30 % par an. Il est donc nécessaire de rompre la relation linéaire entre la croissance des usages du numérique, du Cloud et la consommation de ressources.
Il faut donc pouvoir réconcilier transition écologique avec transition numérique au sein d’une nouvelle ère technologique fondée sur la durabilité. Et prendre des mesures pour réduire l’empreinte de nos Data Centers sur l’environnement. Et ce, non seulement en matière d’émission de gaz à effet de serre mais aussi de consommation d’eau et de génération de déchets.
Pour cela Microsoft investit considérablement dans la R&D afin de développer des technologies innovantes. Des innovations en place aux projets les plus ambitieux, tour d’horizon des solutions Microsoft.
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Data centers : pourquoi polluent-ils ?
Si l’enjeu de l’empreinte énergétique des data centers est un sujet à la mode, Microsoft s’y est attelé depuis longtemps. « Cela fait plus d’une décennie que nous avons entrepris ce voyage, retrace Bernard Ourghanlian, directeur technique et sécurité chez Microsoft. Nous nous sommes fixé nos premiers objectifs en 2009. En 2012, nous étions neutres en carbone et avons décidé de fixer une taxe carbone en interne. » Depuis cette époque, les progrès de l’entreprise sont constants, et les objectifs de plus en plus exigeants. D’ici 2050, Microsoft s’est engagé à éliminer tout le carbone émis directement et indirectement depuis 1975, l’année de création de l’entreprise.
Du point de vue des Data Centers, l’enjeu est double. D’abord, réduire tout ce qui consomme de l’énergie : le refroidissement, les réseaux, les stockages. Ensuite, diminuer les déchets électroniques. Pour s’attaquer à ces problèmes, l’innovation est clé. « Avec le Cloud, nous sommes sur une croissance exponentielle. Or la loi de Moore, qui assurait que la puissance des microprocesseurs double tous les 18 mois, ralentit. Il y a une nécessité de performance et on ne peut la résoudre par des manières habituelles. Il faut penser à l’innovation de rupture. »
Data centers : le PUE ou l’efficacité énergétique
Pour bien comprendre l’impact écologique de ces « usines à traitement de données », selon le directeur technique et sécurité, il faut les visualiser. « Lorsqu’on imagine des Data Centers, on voit de grandes rangées de serveurs dans des racks, illustre Bernard Ourghanlian. Mais ce à quoi beaucoup de gens ne pensent pas c’est ce qu’il se passe en arrière-plan. De la sous-station électrique permettant d’accueillir l’électricité haute ou moyenne tension et la convertir en basse tension, au générateur diesel qui sert de secours, en passant par les systèmes de traitement de l’air, les tours de refroidissement, la climatisation. » Pour calculer l’efficacité énergétique d’un Data Center, on parle de PUE (Power Usage Effectiveness). C’est la quantité d’énergie effectivement affectée au traitement des données. Le taux optimum – mais difficilement atteignable – serait donc de 1. Là, 100 % de l’énergie serait utilisée pour le traitement informatique.
L’efficacité énergétique des Data Centers s’améliore d’année en année, rappelle Bernard Ourghanlian. Ainsi, bien que la puissance de calcul ait augmenté de 550 % au cours des dernières décennies, la consommation d’énergie du secteur n’a augmenté que de 6 %. L’industrie apprend au fur et à mesure des innovations. Nous en sommes aujourd’hui à la génération 9 de Data Centers, détaille le CTO. Microsoft fait ainsi partie de l’initiative Open Compute Platform, qui permet le partage en open source des briques de base des Data Centers afin d’en standardiser les composants.
Data centers : l’enjeu du refroidissement
L’un des postes à haute consommation énergétique est le refroidissement des Data Centers. Aujourd’hui, la plupart des Data Centers repose sur le système d’allées froides et chaudes. Ainsi, l’entrée d’air du serveur fait face à l’allée froide et l’évacuation est située de l’autre côté. L’air chaud est ainsi séparé de l’air froid pour éviter la re-circulation.
Mais de nouvelles solutions – les fameuses innovations de rupture – sont également explorées, notamment le refroidissement liquide. « Le transfert de la chaleur dans un liquide peut être 1000 fois plus efficace que dans l’air », fait valoir Bernard Ourghanlian. Ainsi, par cette technique, les composants électroniques sont protégés par une enceinte étanche mais facilement accessible, puis immergés dans un liquide diélectrique.
Plus révolutionnaire encore, le projet Natick, qui teste la possibilité de Data Centers sous-marin avec un premier projet au large de l’Écosse. Ici, plusieurs avantages, rappelle le CTO. D’abord, un refroidissement naturel par l’eau de la mer. Mais également une facilité d’accès aux énergies renouvelables offshore comme l’hydro ou l’éolienne. Ensuite, les cylindres sont scellés sous-vide, ce qui diminue l’oxydation et améliore la durée de vie des composants. Aussi, 80 % de la population mondiale vit sous les côtes, rappelle Bernard Ourghanlian. On a donc des infrastructures au plus près des consommateurs. Enfin, ces Data Centers sont plus petits et plus modulaires, donc déployables plus rapidement.
ADN, hologramme et quartz : le stockage nouvelle génération
Autre pan de la pollution des Data Centers : le stockage des données. Ici, de nombreuses innovations de rupture sont en phase de recherche et développement, plus ou moins avancées, détaille le directeur technique et sécurité. Parmi les projets les plus prometteurs, on pourra citer l’archivage de données sur des plaques de verre de quartz, l’ADN synthétique comme support de stockage à haute densité ou encore le stockage holographique pour remplacer les disques durs actuels. Si certaines de ces technologies pourraient être disponibles dans les prochaines années, il convient de ne pas se précipiter, souligne Bernard Ourghanlian. « Nous avons plusieurs centaines de Data Centers à l’échelle de la planète. Il ne s’agit pas de jeter et de remplacer des composants tout neufs. Il faut trouver un équilibre entre l’innovation, l’amortissement et la production de déchets électroniques. »
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Les déchets électroniques
En effet, la question des déchets électroniques est prégnante. Aujourd’hui, les serveurs ont une durée de vie d’environ 5 ans. Microsoft aimerait rapidement arriver à 7 ans. Au-delà de cet allongement de la durée de vie, Microsoft a mis en place le concept de « Circular Center » pour arriver à un objectif zéro déchet fixé à 2030. Ces centres circulaires reposent sur deux étapes, détaille Bernard Ourghanlian. La réutilisation et la revente du hardware des Data Centers et la possibilité de recycler la totalité des composants. Un engagement environnemental également source de revenus pour l’entreprise. Avec la seule revente des appareils, Microsoft espère tirer 100 millions de dollars de revenus.
Demain, l’ordinateur quantique
Et demain, quel défi ? Pour Bernard Ourghanlian, le défi le plus ambitieux est celui de l’ordinateur quantique. « Nous espérons une machine suffisamment puissante pour construire atome par atome un catalyseur pour récupérer le CO2 dans l’atmosphère », dit-il. Les chercheurs maison ont déjà publié des articles de recherche sur le sujet et les algorithmes sont déjà prêts. « Ne reste que l’ordinateur », conclut le CTO. « C’est un objectif aussi ambitieux que celui d’aller sur Mars, mais nous croyons que nous pouvons y arriver. »
Questions Fréquentes
Qu’est-ce qu’un data center ?
Un data center ou centre de données, est une infrastructure composée d’un réseau d’ordinateurs et d’espaces de stockage. Cette infrastructure peut être utilisée par les entreprises pour organiser, traiter, stocker et entreposer de grandes quantités de données.
Quel est la consommation électrique d’un datacenter ?
Selon l’IEA (International Energy Agency), la consommation mondiale d’électricité des Data centers en 2020 était de 200 à 250 TWh. Soit environ 1 % de la demande finale mondiale d’électricité. Cela exclut l’énergie utilisée pour l’extraction de crypto-monnaie, qui était d’environ 100 TWh en 2020.
