Cloud Computing et Green IT

Le Cloud Computing du point de vue du développement durable

Le Cloud Computing étant un domaine d'innovation, et l'innovation étant considérée comme un facteur de croissance économique, il est de fait mis en œuvre au regard des politiques de développement durable amorcées surtout depuis le sommet de la Terre de Rio de Janeiro en 1992. Il s'inscrit dans la stratégie de Lisbonne (Traité de Lisbonne - 2007) qui définit l'éco-innovation comme un concept-clé ayant pour objectif de conjuguer efficacité économique et efficacité des ressources et énergies.

Or, les centres de traitement de données -ou datacenters- qui alimentent le cloud computing, sont considérées comme étant des usines numériques extrêmement énergivores, comme l'affirme une étude publiée par Greenpeace en avril 2012, qui estime qu'ils consomment 2% de l'énergie mondiale . Certains de ces datacenters ont une consommation en électricité équivalente à celle d'une ville de 250 000 foyers pour les plus gros d'entre eux, la moyenne étant plutôt de 20 000 à 100 000 habitants. Les milliers de serveurs qu'ils abritent pour stocker et gérer les données sont responsables de cette surconsommation: d'une part car les ordinateurs sont énergivores, et d'autre part, car il faut alimenter des systèmes de climatisation capables de réguler la température ambiante surchauffée par les machines. Les calories rejetées dans l'environnement aggravent les effets du changement climatique en élevant la température de l'air ou des eaux dans lesquelles les eaux de refroidissement sont rejetées. Compte tenu de l’impact écologique négatif, le nombre croissant de centres de données construits dans le monde devient un problème politique et sociétal majeur.

L'empreinte écologique globale grandissante laissée par les centres données n'est pas ignorée des pouvoirs publics qui se trouvent confrontés à un double dilemme: d'une part, les politiques européennes actuelles encouragent l'accélération du développement numérique comme stratégie économique, d'autre part, elles doivent respecter leurs engagements protocolaires internationaux sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la mise en œuvre de politiques de développement soutenable. On note toutefois un durcissement législatif pour les opérateurs de datacenters européens depuis 2008. Ceux-là sont tenus de respecter les réglementations européenne et nationales générales sur l'éco-conception en informatique et la performance énergétique des bâtiments. Des outils de mesure permettent aux entreprises de calculer leur efficience énergétique:

• Le PUE (Power Usage Effectiveness) (initié par le Consortium Green Grid): calcul du ratio entre l'énergie totale consommée par l'ensemble du centre d'exploitation (avec la climatisation) et la partie qui est effectivement consommée par ses systèmes informatiques.

• Le CUE (Carbon Usage Effectiveness): calcul du volume de gaz à effet de serre généré par les équipements informatiques.
• Le WUE (Water Usage Effectiveness): calcul de la quantité d'eau utilisée pour un site d'une part, et dans le cadre de ses activités informatiques d'autre part.
• La labelisation Energy Star: certification sur l'utilisation de produits et technologies éco-efficaces.

Un code de conduite des datacenters a été mis en place dès 2008 par l'Union Européenne, qui n'est ni une directive, ni une norme, mais une charte d'engagement du respect des limites de consommation dont les signataires sont des adhérents ou participants volontaires. Cette charte joue sur les stratégies marketing actuelles des entreprises qui consistent à afficher une image écologique responsable, comme a pu le faire Facebook en 2011 en publiant son projet Open Compute . En 2013, on note que les opérateurs de datacenters ont fait de l'éco-innovation un axe de bataille et de communication. La publication régulière par Greenpeace de leurs résultats en efficience énergétique les a menés à adopter des positionnements plus responsables pour améliorer leur réputation de pollueurs. En écho, certains éco-labels sont nés d'initiatives conjointes d'acteurs du secteurs qui ne sont pas soumis à ce cadre législatif comme les clients finaux des datacenters: par exemple la Greenethiquette , charte créée par la société de conseil américaine Business & Decision.

Ces initiatives présentent toutefois des limites. Outre le fait que les obligations des opérateurs de s'engager dans une politique de développement éco-responsable sont encore souples, les moyens de vérifier leur efficience énergétique sont peu fiables. Notamment, le PUE est, certes, un bon indicateur pour suivre l'évolution des performances d'un datacenter . En revanche, il ne l'est pas pour comparer des datacenters entre eux car il ne prend pas en compte les caractéristiques structurelles des sites : leur localisation géographique (et donc la température extérieure qui conditionne les capacités de refroidissement des infrastructures), le taux de disponibilité (tiering) et le taux de charge du centre. Or, la plupart des opérateurs choisissent de communiquer leur PUE plutôt que leur CUE (calcul des émissions de carbone). Seule la société Akamai a, à ce jour, choisi de communiquer son CUE. Par ailleurs, ces indicateurs calculent la consommation d'électricité sur le site, mais ne prennent pas en compte la source de l'électricité consommée qui est en général d'origine fossile ou charbon, ni le calcul de l'énergie grise, c'est-à-dire la quantité d'énergie nécessaire depuis la fabrication des matériaux jusqu'à leur recyclage. Enfin, la croissance exponentielle de l'utilisation du cloud computing fait que le nombre de serveurs augmente et que la consommation en énergie ne baisse pas.

La recherche et l'innovation au service de solutions plus vertes

Les centres de données sont donc source de pollution, mais ils peuvent à long terme être une solution à l'augmentation des pollutions informatiques par leur capacité à assurer une optimisation et un partage des données qui transitent par le net. En effet, les ordinateurs particuliers consomment plus d'énergie que les serveurs web, pour une même unité fonctionnelle. Or, un serveur suffit pour s'occuper de plusieurs centaines, voire plusieurs milliers d'internautes. Des solutions peuvent trouver leur origine dans les changements de comportement tant des acteurs que des utilisateurs du Cloud Computing.

Le greenwashing entrepris par les opérateurs et les initiatives écologiques qui en ont découlé leur ont permis de prendre conscience des avantages économiques du développement durable. Les factures d'électricité sont considérablement réduites, ce qui n'est pas négligeable compte tenu de l'augmentation régulière du prix des énergies d'origine fossile et charbon. Les entreprises gagnent donc à promouvoir l'utilisation d'énergies propres (photovoltaïque, éolienne, etc.), mais aussi à encourager la fabrication de matériels informatiques durables . En prolongeant la durée de vie des équipements, elles font des économies sur leurs investissements, et luttent contre l'accumulation des DEEE (déchets d'équipements électriques et électroniques), générateurs de pollution.

La commission Européenne encourage ces initiatives et finance plusieurs projets de recherche et d'innovation pour l'efficience énergétique des technologies de l'information. Les programmes Prime Energy IT (soutenu par l'Intelligent Energy Europe) et EuroCloud sont axés sur des recherches pour le développement d'une infonuagique plus écologique. Le point phare de leur recherche est la mise au point d'une « puce verte », un micro-processeur en 3D financièrement abordable pour les entreprises (10 fois moins cher) et qui consomme dix fois moins d'énergie. Ces actions sont principalement concentrées sur la consommation énergétique en phase d'utilisation. Elles sont encore lacunaires en ce qui concerne la fabrication et la fin de vie des matériels qui concentrent encore 80 à 90% de l'empreinte IT. Néanmoins, les appuis gouvernementaux autour de ces initiatives « green IT » favorisent la multiplication de projets industriels numériques évoluant dans le sens du développement durable. La création de groupements de groupements professionnels agissant pour une informatique éco-responsable, comme AGIT (Alliance Green IT), ou de sociétés d'analyse et de conseil aux entreprises, comme Verdantix qui a publié son étude « Carbon Disclosure project », sont symptomatiques de l'évolution actuelle.

Les opérateurs de datacenters sont de plus en plus nombreux à installer des systèmes innovants pour optimiser leur efficience énergétique.

• Le free cooling, ou rafraîchissement libre, permet d'utiliser la température de l'air extérieur pour refroidir les ordinateurs. Elle est généralement utilisée en complément des systèmes de refroidissement « traditionnels » (climatisation, eau froide). Cette méthode a motivé certains opérateurs à installer leurs centres dans des zones tempérées ou froides. C'est le cas de Microsoft, Amazon ou Google qui sont implantés à Dublin en Irlande, ou de Facebook qui compte installer un centre en Suède. Orange a récemment installé un centre Freecooling en Normandie, dans le Val de Reuil.
• Le water cooling, ou rafraîchissement par eau, est une technique de refroidissement déjà très utilisée dans les milieux industriels. Des systèmes adaptés permettent de l'utiliser pour la micro-informatique. Le système « hydro-cluster », par exemple, consiste à équiper chaque carte mère de blocks (waterblocks) constitués d'un maillage de tuyaux en cuivre qui acheminent le liquide aux points les plus chauds des serveurs. On peut également faire passer l'eau en sous-sol et la réinjecter directement dans des portes froides.

• Le free heating, ou chauffage libre, consiste à diviser les systèmes informatiques pour répartir la chaleur dégagée de manière équitable et judicieuse. Par exemple, la société Qarnot computing, basée à Montrouge en Ile-de-France, a installé des petites unités de calcul chez des particuliers. Ces unités fournissent du chauffage gratuit aux logements dans lesquels elles sont installées. Un thermostat permet de réguler la vitesse des processeurs en fonction des besoins de chaleur. Qarnot rembourse aux particuliers le coût de l'électricité consommée pour le fonctionnement de l'unité.
• L'ultra-modularité des infrastructures permet d'agrandir le centre de données en fonction de ses besoins. La société CFI, installée en Rhône-Alpes, a installé un centre ultra-modulaire refroidi par un système de freecooling lui-même adaptable en fonction du nombre de serveurs installés.

Des systèmes de recyclage des calories dégagées par la chaleur des machines, installés sur certains datacenters, permettent de chauffer des résidences privées ou des espaces publics. On peut citer, par exemple, le réseau branché sur le datacenter Naxitis, à Marne-la-Vallée, qui permet d'alimenter en chauffage et eau chaude la piscine et la pépinière d'entreprises du Val d'Europe, un complexe de 6000m² au total. A l'avenir, la filiale commune de Veolia et d'EDF, qui exploite ce réseau, pense pouvoir alimenter une surface totale de 600 000 m². Un autre exemple est celui de l’un des datacenters les plus énergétiquement efficaces de la planète. Il s'agit d'un centre installé sous la cathédrale d'Uspenski, à Helsinki, dans une grotte construite pendant la seconde guerre mondiale. Son refroidissement est assuré par la température naturellement fraîche de l'endroit. Et la chaleur dégagée par les serveurs est réinjectée dans le système de chauffage urbain du quartier alimenté en eau de mer. Ce système permet de chauffer près de 1000 appartements de 90m².

Le IT for green est un aspect de développement durable important. Les IT et datacenters, s'ils ont une incidence sur le bilan carbone mondial, peuvent aussi aider à réduire la pollution émanant des autres activités humaines, et en particulier des trois autres grandes sources de pollution planétaires:

• les industries: la virtualisation des serveurs -c'est-à-dire le fonctionnement simultané sur un serveur physique de plusieurs serveurs virtuels-, le cloud computing, de plus en plus utilisé par les industriels, permet de limiter la consommation des datacenters.
• les villes: on voit l'émergence des smart work centers (espaces de travail pour les télétravailleurs) qui permettent de limiter les déplacements pendulaires (la ville d’Amsterdam, en particulier, s’est dotée de plusieurs des ces espaces périurbains). Les déplacements des périphéries vers les centres urbains sont diminués par les services à la personne (administratifs, médicaux, etc.) accessibles par Internet.
• les transports aériens: on peut limiter les déplacements grâce aux systèmes de télé-présence et de vidéoconférences.

Enfin, la scalabilité et l'élasticité du cloud computing, caractérisées par le Pay as you go, c'est-à-dire l'utilisation selon les besoins sans abonnement, permettent de transférer la charge des serveurs privés sur des serveurs virtuels mutualisés. Ainsi, les entreprises n’ont plus la nécessité de se doter de serveurs privés surpuissants dont elles n’exploitent que 15 à 20% des capacités, pendant qu’ils consomment comme s’ils tournaient à plein régime, les 80% restants étant prévus pour les rares pics d’activité. A long terme, le Cloud Computing peut être une force d’optimisation des besoins énergétiques, à la condition que les comportements responsables des utilisateurs favorisent le processus.

Champs lexical du Green IT

Références

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Titre 1 INTD 2013

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