Le mirage du nuage : la réalité matérielle des infrastructures numériques
Avec la numérisation croissante de nos sociétés, la multiplication des flux de données et de stockage, les infrastructures numériques sont rapidement devenues indispensables au fonctionnement et au développement de notre monde moderne. Aujourd’hui, on estime que 10 % de la production électrique mondiale est dévolue aux usages et infrastructures numériques.1 Mais toute médaille a son revers : les impacts environnementaux de cette industrie, longtemps sous-estimés, voire ignorés sous couvert de leur apparente dématérialisation, sont de plus en plus visibles. En effet, les émissions de gaz à effet de serre du secteur numérique pourraient atteindre + 60 % d'ici 2040, mettant en évidence le poids de l’impact environnemental des gigantesques infrastructures qui le façonnent.2
Rematérialiser l’empreinte du numérique
Le cloud, un concept marketing fort
D'après une enquête de MIT Technology, le terme « cloud » aurait été créé en 1996, dans les bureaux de Compaq Computer pour décrire l'avenir d'un réseau complexe et difficile à se représenter, Internet. À la fin des années 1990 et avec le début du stockage en ligne, « les publicitaires ont enraciné un vocabulaire de marketing parant le numérique des attributs de la virtualité ».3 Durant des années, l’industrie du numérique est parvenue à dissocier la nature digitale de ses activités de la quantité de ressources physiques nécessaires à leur fonctionnement. « En d'autres termes, la numérisation permet de remplacer des produits physiques – papier – par des produits « immatériels » (des données sur un écran), créant ainsi l'illusion d'une production sans ressources ».4
Depuis, le cloud renvoie à un univers éthéré dans lequel flottent des photos, des musiques, fichiers, capacités d'hébergement et de calcul, accessibles n’importe où et sur n’importe quel appareil.
En outre, l’idée selon laquelle les technologies numériques contribuent significativement à la réduction les impacts environnementaux, est véhiculée depuis de nombreuses années ; « L’industrie digitale peut même vanter […] son tribut positif à la préservation de la planète compte tenu des fabuleux leviers d’optimisation de nos méthodes agricoles, industrielles, « servicielles » qu’elle permet ».5 Cette idée, difficile à confirmer ou infirmer, peut s’avérer trompeuse. En effet, les études d’impact sont rarement détaillées pour soutenir de telles allégations, l’effet rebond ou les transferts de pollution, par exemple, peuvent aussi dans ces cas limiter les impacts des améliorations réelles obtenues.
Et même depuis que l’impact environnemental du numérique fait l’objet d’une attention particulière, les acteurs du cloud cherchent à préserver l’image d’un numérique « vertueux », « sobre » ou « durable ». À ce sujet, découvrez notre article : Vous n’êtes pas neutre en carbone et nous non plus.
Les infrastructures numériques, quelle matérialité ?
En réalité, les capacités de calcul des serveurs sont liées par un réseau et réparties dans des infrastructures physiques partout dans le monde. L’infrastructure cloud repose sur un enchevêtrement de câbles, de ventilateurs, de data centers, d’antennes relais et de racks informatiques…
La pollution numérique provient des infrastructures physiques et des équipements numériques, que l’on peut répartir dans trois grandes catégories :
1- Les terminaux utilisés par les utilisateurs finaux (ordinateurs, smartphones, box TV),
2 - Les infrastructures réseau pour les échanges de données entre les terminaux des utilisateurs finaux et les data centers (fibres optiques, réseaux cuivre, réseaux sans fil)
3 - Les data centers qui hébergent et traitent les données (serveurs, baies de stockage, équipements réseaux).
Les équipements numériques suivent un cycle de vie en cinq étapes, défini par le standard ISO 14040:2006 :
- l’extraction des matières premières (métaux rares, silice) qui peuvent aussi bien venir du Congo (cobalt) que de la Bolivie (lithium) ;
- la fabrication (usine) ;
- le transport vers les utilisateurs (bateau, avion, camion) ;
- la phase d’usage (fonctionnement) ;
- la fin de vie des équipements (réparation, recyclage, enfouissement).
Chaque étape a des conséquences environnementales : consommation de gaz ou de fioul, consommation d'eau, et pollution de l'air, des eaux et des sols. En France, 78 % de l’empreinte environnementale du numérique est liée à l’étape de fabrication6, nécessitant des métaux rares, indispensables à la miniaturisation du matériel et à l'accélération des neutrons dans les processeurs. Guillaume Pitron, dans son livre, La guerre des métaux rares, la face cachée du numérique, fournit quelques chiffres : « Chaque année, l’industrie électronique consomme 320 tonnes d’or et 7500 tonnes d’argent, accapare 22 % de la consommation mondiale de mercure (soit 514 tonnes) et jusqu’à 2,5 % de la consommation de plomb. La fabrication des seuls ordinateurs et téléphones portables engloutit 19% de la production globale de métaux rares tels que le palladium et 23 % du cobalt ».
Face à la complexité de l’ensemble des impacts physiques engendrés par le numérique, nous nous intéresserons particulièrement aux data centers. Les prévisions de croissance de ces gigantesques infrastructures ne cessent d’augmenter, mais leur fonctionnement et leurs impacts environnementaux et énergétiques demeurent largement méconnus.
Les data centers, ces monstres de technologie
Les data centers, pierre angulaire de la chaîne de valeur du numérique, sont de gigantesques usines disséminées partout sur la planète. Ces équipements fournissent des services de calcul, de stockage, de traitement et de transport de données et doivent répondre à trois injonctions : être ultra-sécurisés, maintenus à une température modérée et fonctionner 24 heures/24 et 7 jours/7. Ces infrastructures concentrent des milliers de câbles de fibre optique et d’alimentation électrique, de serveurs placés dans des racks, des équipements de sécurité et des systèmes de refroidissement, etc.
Une gabegie d’électricité
Alimentés en électricité en permanence, les data centers se classent parmi les plus gros consommateurs d’énergie au monde. Un data center de 60 mégawatts peut consommer autant d’électricité qu’une ville de 120 000 habitants.7 En 2015, une étude menée par le centre R&D de Huawei estimait que la consommation des data centers pourrait atteindre 13 % de l'électricité mondiale d'ici à 2030, soit 1130 réacteurs nucléaires.8
La consommation d'énergie des data centers se divise principalement en deux postes : l'alimentation électrique continue des serveurs informatiques et le refroidissement de ces serveurs (climatisation, immersion, systèmes d'eau glacée, et évaporation). Dans la plupart des data centers aujourd’hui, le refroidissement des serveurs représente en moyenne près de 40 % de la consommation d’électricité.9 Plus que le refroidissement, les data centers doivent répondre à des normes de sécurité indispensables pour protéger l’infrastructure physique et la sécurisation du réseau. La sécurité compte également pour une part de la consommation d’énergie (points d’accès sécurisés, systèmes de surveillance…).
La redondance
En cas de coupure de courant, les data centers sont équipés de systèmes de secours et de redondance. Les batteries de secours sont alimentées par des réserves de fioul. Pour stocker ces batteries, des centaines de m2 sont alloués. Rarement utilisés, ces générateurs sont régulièrement mis en service pour des opérations de maintenance et des contrôles de sécurité. En fonctionnant, ils émettent du dioxyde d’azote et du dioxyde de carbone. En France, les émissions des plus gros groupes électrogènes ont progressé de 22 % par rapport à 2021.
Découvrez la liste établie par L’informé des data centers qui émettent le plus de CO2 en France. En situation de forte tension sur le réseau électrique, comme en hiver, ou en cas de coupure massive d’alimentation électrique, la mise en route de nombreux groupes électrogènes pourrait entraîner une rapide et significative détérioration de la qualité de l'air. Cette situation pourrait devenir un enjeu de santé publique, particulièrement préoccupant dans les zones où les data centers sont généralement concentrés.
Un puits de consommation d’eau sans fond
Pour améliorer l’efficacité énergétique des infrastructures, les opérateurs de data centers ont beaucoup investi ces dernières années dans des systèmes de refroidissement moins gourmands en énergie. En contrepartie, le recours à des systèmes de refroidissement à eau s’est intensifié (adiabatique, évaporatif…). Ces systèmes sont très gourmands en eau, à titre d’exemple, un data center peut consommer jusqu'à plusieurs milliers de litres d’eau par jour.
À ce sujet, découvrez une tribune dans Les Echos : Consommation d'eau dans les data centers : brisons l'omerta !
La chaleur fatale
Les serveurs, en fonctionnant, produisent de la chaleur, transformant toute l’électricité consommée en énergie thermique. Cette chaleur, appelée chaleur fatale, est considérée comme un déchet qu’il est essentiel d’évacuer pour assurer le bon fonctionnement des serveurs. En effet, pour que les serveurs fonctionnent de manière optimale, l’air ambiant des data centers doit afficher entre 20 °C et 27 °C. Des initiatives existent pour valoriser la chaleur fatale, mais elles sont généralement infructueuses ou coûteuses. En effet, la chaleur fatale émise dépasse rarement une température de 30 °C, il est donc nécessaire d’installer une pompe à chaleur coûteuse pour rehausser cette chaleur et pouvoir la transporter.
Par ailleurs, les data centers sont souvent implantés loin de sites consommateurs de chaleur. Le fait que la chaleur émise soit déjà à faible température, la convoyer sur de longues distances s’avère relativement inefficace, notamment en raison des importantes déperditions liées au transport.
Une intégration paysagère de plus en plus imposante
En France, la superficie des salles informatiques de data centers cloud pourrait atteindre 894 173 m² en 2050.10 La numérisation de presque tous les secteurs d’activité, et le besoin toujours plus croissant d’espaces de stockage, ont conduit à une multiplication constante de ces infrastructures à travers le monde.
Non sans conséquence, leur implantation engendre des défis en termes d’intégration urbaine et paysagère, comme l’artificialisation des terres agricoles, voire forestières ou l’augmentation des phénomènes d’îlots de chaleur urbains.11
Des gains environnementaux cachés par le nuage ?
Si les nouvelles technologies génèrent des gains environnementaux incontestables, ils ne doivent pas être annulés par les impacts directs que le secteur du numérique engendre (émissions de gaz à effet de serre, utilisation des ressources non renouvelables, consommation d’énergie, utilisation d’eau douce).
Dans le secteur des data centers, les gains d’efficacité énergétique réalisés depuis plusieurs années par les opérateurs ont été neutralisés par l’augmentation des usages et des services. En effet, à mesure que les applications se multiplient et que de nouveaux usages apparaissent, l’empreinte carbone du numérique croît, elle aussi, de manière exponentielle. C’est ce qu’on appelle l’effet rebond : « un phénomène paradoxal par lequel les économies d’énergie prévues par l’utilisation d’une nouvelle technologie sont partiellement ou complètement compensées à la suite d’une adaptation du comportement de la société. »12
Repenser les data Centers et les usages pour une sobriété durable
Alors que les besoins et services numériques ne cessent de croître, les data centers se déploient à un rythme effréné, entraînant de nombreuses perturbations sur les flux physiques : grilles énergétiques saturées, pénuries d’eau dans plusieurs régions du monde, îlots de chaleur urbain et artificialisation des sols. Pour faciliter une transition écologique et énergétique dans le secteur numérique, il est nécessaire de repenser les infrastructures autant que les usages, en œuvrant pour plus de sobriété.
Sources
1.Françoise Berthoud, « Numérique et écologie », Annales des Mines – Responsabilité et environnement, no 87, 2017/3 : https://www.annales.org/edit/re/2017/re87/RE-87-Article-BERTHOUD.pdf
2. Rapport d’information Sénat, Pour une transition numérique écologique : https://www.senat.fr/rap/r19-555/r19-555_mono.html
3. L’Enfer numérique - Voyage au bout d'un Like, Guillaume Pitron
4. Le numérique : un secteur déconnecté des enjeux climat ? Carbon4 : https://www.carbon4finance.com/numerique-deconnecte-climat
5. Guillaume Pitron, op. cit.
6. https://infos.ademe.fr/magazine-avril-2022/faits-et-chiffres/numerique-quel-impact-environnemental/
7. Guillaume Pitron, op. cit.
8. Andrae Anders S. G. et Edler Tomas, 2015, “On Global Electricity Usage of Communication Technology: Trends to 2030”, Challenges 6, 2015, pp. 117-157
9. https://mit-serc.pubpub.org/pub/the-cloud-is-material/release/1
10. Évaluation de l’impact environnemental du numérique en France et analyse prospective à 2030 et 2050, Ademe Arcep : https://www.arcep.fr/uploads/tx_gspublication/etude-prospective-2030-2050_mars2023.pdf
11L’impact spatial et énergétique des data centers sur les territoires, Cécile Diguet et Fanny Lopez, 2019 : https://librairie.ademe.fr/urbanisme-et-batiment/908-impact-spatial-et-energetique-des-data-centers-sur-les-territoires-l-.html
12. Rapport d'information Sénat, op. cit.