Performance environnementale des data centers : quels sont les indicateurs importants et à quoi servent-ils ?
Les data centers sont des maillons indispensables de la chaîne de valeur du numérique mais leur impact grandissant doit être l’objet d’une attention particulière. Ces infrastructures sont responsables de 14 % de l’empreinte carbone du numérique en France1. Avec l'augmentation des usages et des services, il est essentiel de mesurer leur empreinte environnementale pour limiter les déperditions et les optimiser au mieux. Plusieurs enjeux entrent en compte dans la mesure et le suivi des indicateurs : améliorer la performance, répondre à la hausse des consommations, maîtriser les impacts environnementaux et réduire les coûts d’exploitation.
Un data center, c’est quoi ?
Un data center (ou centre de données), est une structure ou un groupe de structures dédié à l'hébergement, l'interconnexion et à l’exploitation centralisée des équipements de télécommunication des technologies de l’information et des réseaux. Ces équipements fournissent des services de calcul, de stockage, de traitement et de transport de données. L’infrastructure d’un data center doit répondre à trois injonctions : être ultra-sécurisée, maintenue en température et fonctionner 24 heures/24 et 7 jours/7.
Pourquoi les indicateurs de performance sont essentiels ?
Les indicateurs de performance sont des outils essentiels pour évaluer l'efficacité énergétique et environnementale des data centers et minimiser leur impact. Ils permettent d’identifier les inefficacités énergétiques et établir des mesures pour réduire la consommation d’énergie, l’utilisation des ressources et les coûts d’exploitation.
Mesurer l’efficacité énergétique du data center : le PUE
Le PUE (Power Usage Effectiveness), défini en 2006 par le consortium The Green Grid et normalisé en 2016 par l'ISO/IEC, est certainement l’indicateur le plus connu et le plus utilisé. Il permet de mesurer l’efficacité de la consommation d’énergie d’un data center. Le PUE est le ratio entre l’énergie totale consommée par l’infrastructure du data center et l'énergie consommée par les systèmes informatiques. Mesuré sur douze mois consécutifs, il met en exergue les dépenses extra-IT, parmi lesquelles celles liées au refroidissement des data centers. Un PUE de 1 signifie que toute l’énergie dépensée dans le data center l’est pour alimenter les serveurs informatiques. Plus il s’en rapproche, plus il est performant énergétiquement.
$ \Large \begin{array}{rcl} PUE & = &\end{array}\frac{\text{Énergie totale consommée par le data center} }{ \text{Énergie consommée par les équipements informatiques}} $
Selon l’Uptime Institute, des avancées substantielles ont été réalisées pour réduire le PUE, avec des moyennes passant de 2,5 en 2007 à 1,57 en 20212. Le PUE a donc permis une amélioration notable de l’efficacité globale des data centers, notamment en réduisant la consommation électrique des équipements annexes (climatisation, ventilation, éclairage, accès, sécurité…) tout en maintenant un haut niveau de disponibilité et de sécurité. Or, depuis quelques années, le PUE ne montre aucune évolution significative. En 2023, l'Uptime Institute a évalué le PUE moyen au niveau mondial à 1,58. Cela signifie que, en moyenne, 37 % de l'énergie consommée par un DC n'est pas consommée par les équipements informatiques.3
Limites du PUE
Le PUE est à mettre en regard avec d’autres indicateurs. À lui seul, son calcul occulte la consommation d’eau, la réutilisation de chaleur, ou l’impact environnemental en termes d’énergie électrique renouvelable ou primaire.
Mesurer la consommation d’eau d’un data center : le WUE
Le WUE (Water Usage Effectiveness) mesure l'efficacité de la consommation d’eau d’un datacenter. C’est le ratio entre la quantité annuelle d’eau consommée par le data center et la consommation énergétique des équipements informatiques. C’est un indicateur essentiel pour surveiller la quantité d’eau utilisée par les datacenters, encore trop peu communiquée et considérée par les opérateurs. En effet, de nombreux data centers évaporent de l’eau pour évacuer la chaleur produite par les serveurs, en plus de leur consommation électrique.
$ \Large \begin{array}{rcl} WUE & = &\end{array}\frac{\text{Quantité d'eau consommée par le data center} }{ \text{Énergie consommée par les équipements informatiques}} $
Limites du WUE
Cet indicateur rend la consommation d'eau des data centers intelligible, mais n'a de valeur que combiné aux autres indicateurs relatifs à l'énergie, au carbone et à la valorisation de la chaleur
Mesurer la réutilisation de l’énergie issue du data center : l’ERE
L'ERE, Energy Reuse Effectiveness, complète le PUE, avec la notion de réutilisation de l’énergie. Il s’agit de la quantité totale d'énergie consommée par le datacenter moins l’énergie réutilisée, divisée par l’énergie consommée par l’informatique.
Si le datacenter ne valorise pas l’énergie dégagée par ses équipements, l’ERE est égal au PUE. Dans l’équation ci-dessous, cela signifie que le Reuse au numérateur est nul. Sinon, il lui est inférieur. Il permet par exemple de prendre en compte la chaleur émise par les serveurs, qui n’est pas dissipée dans l’environnement, mais réinvestie pour chauffer le bâtiment.
$ \Large \begin{array}{rcl} ERE & = &\end{array}\frac{\text{Énergie totale consommée par le datacenter - Énergie réutilisée } }{ \text{Énergie consommée par les équipements informatiques}} $
Limites de l'ERE
L'ERE ne prend pas en compte la source de l'énergie consommée par le data center. Par exemple, un data center alimenté par des énergies renouvelables pourrait avoir un ERE identique à un data center alimenté par des combustibles fossiles, alors que son impact environnemental est moindre.
Mesurer la réutilisation de chaleur d’un data center : l'ERF
L'ERF (Energy Reuse Factor) mesure la part d’énergie réutilisée à l'extérieur du data center, par exemple sous forme de chaleur. Les data centers qui sont équipés pour récupérer cette énergie peuvent chauffer des bâtiments, des réseaux de chaleur etc. À ce titre, les initiatives européennes pour réutiliser la chaleur résiduelle se multiplient.
$ \Large \begin{array}{rcl} ERF & = &\end{array}\frac{\text{Énergie réutilisée} }{ \text{Énergie totale consommée par le data center}} $
L'ERF varie de 0 à 1, et 1 signifie que toute l'énergie est réutilisée. Par exemple, si un data center consomme 10 mégawatts (MW) d'électricité et peut réutiliser 2 MW sous forme de chaleur pour chauffer les bâtiments voisins, son ERF est de 0,2.
Mesurer la part d’utilisation d’énergie renouvelable : le REF
Le REF, Renewable Energy Factor, mesure la part d'utilisation d’énergie renouvelable dans un data center. Il est calculé en divisant l'énergie renouvelable par la consommation d'énergie totale du data center. Cet indicateur permet d’inciter les opérateurs à augmenter la part des énergies renouvelables dans leur consommation énergétique.
$ \Large \begin{array}{rcl} REF & = &\end{array}\frac{\text{Énergie renouvelable consommée par le datacenter } }{ \text{Énergie totale consommée par le data center}} $
Limites du REF
L’utilisation des énergies renouvelables reste dépendante de la production disponible (éolienne, photovoltaïque, hydraulique, etc.) et les sources d’énergies renouvelables n’incluent pas l’énergie de récupération, ni l’énergie perdue. À noter que le recours aux énergies renouvelables n’est pas un gage d’efficacité énergétique, leur production doit être couplée à une réduction de la consommation du data center.
Mesurer les émissions de gaz à effet de serre : le CUE
Le CUE, Carbon Usage Effectiveness, mesure les émissions de gaz à effet de serre liées au fonctionnement d’un data center. Le CUE est le rapport entre la quantité totale de gaz à effet de serre équivalent consommée par le datacenter (en kgCO2) et la quantité d’énergie utilisée par les équipements informatiques, exprimée en kWh.
$ \Large \begin{array}{rcl} CUE & = &\end{array}\frac{\text{Émissions de CO2} }{ \text{Énergie consommée par les équipements informatiques}} $
Limites du CUE
Cependant, comme toutes les mesures, le CUE a ses limites. Par exemple, il ne tient pas compte de l'impact des émissions de carbone liées à la construction, à l'achat d'équipements informatiques ou à leur acheminement.
La nécessité de prendre en compte tous les indicateurs
La mise en place de ces indicateurs, à commencer par le PUE, a permis à de nombreux acteurs de l’industrie d’entreprendre des actions pour réduire leur PUE, améliorer l’efficacité énergétique et le taux d’utilisation des serveurs, ou augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique. Pour autant, il est difficile aujourd’hui d’obtenir des grilles d’indicateurs claires pour tous les data centers en dehors du PUE et de comparer ces derniers entre eux. C’est pourquoi il est essentiel de prendre en compte tous les indicateurs et de se tourner vers une approche multicritère, la plus objective et juste possible. Les indicateurs les plus répandus dans la filière data center sont normalisés dans la série de normes ISO 30134. Il est à noter que ces indicateurs s’intéressent à la mesure des performances opérationnelles des data centers et non à l’ensemble du cycle de vie, ce qui constitue un angle mort non négligeable.
Sources
1Rapport d’information du Sénat « Pour une transition numérique écologique » - juin 2020 - dirigé par MM Guillaume Chevrollier et Jean-Michel Houllegatte, https://www.senat.fr/rap/r19-555/r19-555_mono.html#fnref17
2Uptime Institute, Uptime Institute 11th Annual Global Data Center Survey Shows Sustainability, Outage and Efficiency Challenges Amid Capacity Growth
3Uptime Institute, https://uptimeinstitute.com/resources/research-and-reports/uptime-institute-global-data-center-survey-results-2023