Quand améliorer l'efficience énergétique ne suffit plus, ou l'effet rebond dans le numérique (L'ère des données 2.1)

Gérer l'impact environnemental d'une nouvelle technologie, c'est comme tenter un panier en basket : soit c''est le point, soit la balle rebondit et revient en arrière.
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Gérer l'impact environnemental d'une nouvelle technologie, c'est comme tenter un panier en basket : soit c''est le point, soit la balle rebondit et revient en arrière. - © CC0

Notre dossier " L’ère des données " a commencé par un constat : l’humain devient boulimique de données, et cette " ultraconnectivité " numérique a un impact environnemental équivalent à celui d’un pays occidental.


Retrouvez la première partie de ce dossier, qui permet de visualiser cette évolution de l’humain moderne en Homo digitalis

►►► La data, cet or binaire que l’Homo digitalis consomme sans modération

►►► Serveurs, réseaux, terminaux : l’impact environnemental du net à la loupe


L’impact de cette datasphère sur les géosphère et biosphère se fait à la fois du côté de la production de l’infrastructure de l’écosystème numérique, que du côté de l’utilisation de ces appareils.

Se focalisant sur ce dernier point, le lien est vite fait entre consommation de données et consommation électrique. Mais cette relation est bien plus complexe qu’il n’y paraît : les données doivent à la fois être considérée comme un flux consommateur d’énergie, mais aussi un support d’informations qui permet de réguler cette consommation d’énergie. Avec, au centre de cette relation, l’internaute et ses habitudes de consommation : les effets bénéfiques ou négatifs d’innovations technologiques étant dépendant de la manière dont il va se comporter face à ces nouveautés numériques.

Pour des raisons économiques, et afin d’amener plus rapidement le numérique dans les foyers (ou dans la poche des gens), l’industrie a globalement mis l’accent sur des innovations technologiques rendant l’infrastructure plus optimale en termes d’utilisation d’énergie et de puissance de calcul. Et ce, au niveau de ses trois couches : serveurs/réseaux/terminaux.

L’hyperscale shift des data centers

Une idée reçue veut que les data centers soient tout de suite pointés du doigt dans la consommation électrique du numérique. Mais, la réalité est plus complexe que cela, et la littérature scientifique sur le sujet tend à montrer que les trois couches du numérique se partagent de manière équivalente la consommation électrique globale (dans la phase d’utilisation).

Cette efficience énergétique des data centers a en fait été possible grâce à une économie d’échelle appelée l’"hyperscale shift ", qui a donné naissance aux " hypers data center ". En résumé, plus les data centers sont grands, moins ils consomment d’énergie par data stockée.

Selon une définition d’IDC (International Data Corporation), les hypers data centers sont constitués d’" infrastructures de plus en plus désagrégées, à haute densité et optimisées en termes d’énergie. Ils ont un minimum de 5000 serveurs et sont d’au moins 3000m², mais généralement beaucoup plus grands." Il est prédit qu’en 2020, ils constituent plus d’un tiers de la " flotte " de data centers.

Dans ces hypercentres de données, l’économie d’échelle se fait à deux niveaux : physique, mais aussi computationnel. Autrement dit, ces hypercentres sont grands mais aussi beaucoup plus performants en puissance de calcul. Une économie d’énergie est donc réalisée dans l’infrastructure qui entoure les serveurs (refroidissement, évacuation de la chaleur), et dans la puissance de ces serveurs à fournir les services demandés.

Le PUE (Power Usage Effectiveness ou Indicateur d’efficacité énergétique) est régulièrement utilisé pour comparer les data centers entre eux. Il représente le ratio entre l’énergie totale consommée par le centre et l’énergie utilisée par les équipements informatiques. Un PUE optimal prend donc la valeur de 1. Ce sont dans les hypercentres que les PUE sont les plus bas, Google se targue même d’avoir atteint un PUE moyen de 1.2 pour ses centres, alors que la moyenne pour un centre de données plus conventionnel tourne autour de 2.

Ainsi, grâce à cette énorme économie d’échelle, la consommation d’énergie des data centers est restée assez stable (autour de 200-300TWh par an) alors que la consommation de données a explosé. Pour les années à venir, les experts ne sont pas tous sur la même longueur d’onde. Certaines études prédisent une explosion de la demande en électricité, la limite d’efficience énergétique étant considérée presque atteinte, d’autres, comme l’IEA, voient une continuation dans l’amélioration de cette efficience, et donc une croissance plus lente de la consommation électrique.

Des réseaux toujours plus rapides

Au niveau des réseaux télécoms, la question est plus complexe car l’efficacité énergétique dépend fortement de la technologie utilisée. Ainsi, un rapport récent de l’ARCEP (Autorité française de régulation des consommations électroniques et des postes) précise que la fibre optique consomme trois fois moins que l’ADSL, et dix fois moins que le réseau 4G.

C’est donc au niveau du lien entre le foyer et le réseau télécom, là où sont utilisés les réseaux ADSL et mobiles, que l’économie d’énergie doit être faite. Et de nouveau, la réponse de l’industrie à cette problématique est le développement de technologies plus efficaces : installation de la fibre jusqu’aux foyers, et mise en place du réseau 5G.


►►► La 5G, le réseau mobile ultrarapide et hyper-connecté de 2020


Ultrarapide, la 5G est aussi moins énergivore que ses prédécesseurs 4G et 3G. Le problème est que la croissance de consommation de données en mobile est énorme, bien plus que pour les technologies filaires.

Paroles d'expert
La 5G et la fibre optique sont beaucoup plus efficaces que les réseaux actuels. Donc, pour une même enveloppe de consommation, ils vont transmettre beaucoup plus d’informations, il y aura des débits beaucoup plus élevés. Donc, par gigabytes, ces technologies auront une empreinte carbone moins forte. Mais le problème est qu’actuellement, la croissance du trafic est plus importante que l’amélioration de l’efficacité des technologies mobiles. En 3G/4G, on observe une croissance de 40-50 % par an, et l’efficience énergétique est loin de suivre.
— David Bol, professeur en circuits et systèmes électriques à l'UCLouvain

Les terminaux, plus petits mais plus nombreux

Du côté utilisateur, l’efficience énergétique des différents appareils s’est grandement améliorée, de part d’un côté la réduction de leur taille (PC portable et smartphone), et de la meilleure puissance de calcul. La TV fait exception à cette logique : alors que dans un premier temps, l’utilisation des technologies LCD puis LED a permis de rendre l’appareil moins énergivore, la tendance va maintenant vers une augmentation de la taille d’écran et de la résolution. Dans une époque où le streaming vidéo est le roi des données, l’effet sur la consommation électrique du foyer n’est pas négligeable.

Également, par rapport à il y a quelques années, les habitudes de consommations devant les écrans ont fondamentalement évolué : il n’est plus rare de regarder un film sur sa TV en surfant sur son smartphone, pendant que son partenaire joue à la console portable à côté et que son ado regarde sa série sur son PC portable. Le nombre d’écrans par individu dans les foyers a donc fortement augmenté, relativisant ainsi l’amélioration énergétique de chaque appareil pris individuellement.

L’effet rebond, ou quand l’innovation ne se suffit pas

Si globalement, les innovations technologiques de ces dernières décennies ont permis de gagner en efficience énergétique, force est de constater que la demande en énergie globale, elle, ne diminue pas : elle stagne ou grimpe lentement. La raison porte le nom d’effet rebond, ou encore paradoxe de Jevons, un principe bien connu dans le monde des énergies.

Ce que dit ce principe, c’est que les économies (d’énergie, d’argent, etc.) liées à la mise en place d’une nouvelle technologie vont être, complètement ou partiellement, contrebalancées par une adaptation des comportements d’utilisation de la ressource. Dans notre cas, plus les technologies du numérique vont rendre l’accès à la data facile et économique, plus cette data va être consommée, et donc, plus l’infrastructure va être développée pour soutenir cette consommation. Le serpent qui se mord la queue.

Alors que l’effet rebond est reconnu comme un facteur critique à prendre en compte dans l’impact environnemental des nouvelles technologies, certains dans le monde du numérique tendent à nier son existence, en témoignent les fameux rapports SMARTer, qui ne prennent pas du tout en compte ce paramètre dans le calcul du bénéfice environnemental des nouvelles technologies.

Paroles d'expert
Les effets rebonds, c’est un peu la ligne de défense contre cette idée que les nouvelles technologies vont nous aider à réduire notre impact environnemental, qui n’est pas vraie, en tout cas pas dans la manière dont elle est construite et utilisée actuellement. Typiquement, dans le cas des centres de données, l’économie réalisée grâce à l’amélioration de l’efficience énergétique va être réinvestie pour produire encore plus de données, étant donné la logique de croissance de notre économie.
— Adrien Voisin, doctorant en informatique à l'UNamur spécialisé dans l'effet rebond

Cet effet rebond nous ramène donc à cette réalité souvent oubliée dans le monde des technologies : c’est l’utilisateur final, celui derrière son écran, qui donnera un sens (ou non) à une innovation technologique. Faut-il donc à tout prix développer des innovations technologiques per se et voir ensuite ce que l’utilisateur va en faire ? Ou se poser la question du sens d’une technologie, et de considérer les réels besoins de l’utilisateur, son réel apport par rapport à son impact, autant environnemental que sociologique ? Une thématique développée dans la version 2.2 de ce dossier.


"L’ère des données" est un dossier web d’une dizaine d’articles, publiés durant tout le mois de décembre, qui questionne l’impact environnemental du numérique, et la démarche de sobriété numérique.

1er décembre // L’ère des données 1.0 : Le constat chiffré

8 décembre // L’ère des données 2.0 : Quelles réponses de l’industrie du numérique face au défi environnemental ?

15 décembre // L’ère des données 3.0 : Les habitudes de consommation des internautes au centre de la démarche de sobriété numérique

22 décembre // L’ère des données 4.0 : Cas particuliers

Ressources graphiques : Freepik, SmashIcons, Icon Pond et itim2101 sur FlatIcons.
Ressources software : Brad Arnett (https://codepen.io/bradarnett/pen/dNEbzB) et AnneD Osuch (https://codepen.io/devcodetips/pen/LGRJEo)


 

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