Big Data
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| SN | Le prix écologique de la sauvegarde de nos données | |
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Le prix écologique de la sauvegarde de nos données Autrices et auteurs : BESSONNEAU Floirane DENIZE Baptiste FRAPPIER Clement PAYET Léhane ROYER Antonin SIMON Noémie Aujourd’hui, dans notre monde hyperconnecté, les data centers sont indispensables pour stocker toutes sortes de données. Ces machines sont très puissantes et ont un fonctionnement complexe qui nécessite un apport constant d’énergie. Au fil des années, cette quantité d’énergie consommée augmente avec le besoin de stocker de plus en plus d’informations dans les centres de données, générant ainsi beaucoup de chaleur qu’il faut évacuer. On peut ajouter à cette note écologique déjà salée les matériaux composant les baies, aboutissant à un vrai problème environnemental des data centers. Les data centers ont besoin d’être alimentés en électricité en permanence pour fonctionner 24h/24, 7j/7 toute l’année, afin que les données stockées puissent être accessibles tout le temps par les utilisateurs. Et oui, notre envie de pouvoir accéder aux informations en continu n’est pas sans conséquences ! Cette électricité permet avant tout de faire fonctionner les centres de données qui sont très énergivores : ce sont des ordinateurs fonctionnant à pleine puissance sans jamais s’arrêter. Mais près de la moitié (40%) de l’électricité consommée sert seulement au refroidissement des Data Centers (1)(2) car une grande partie de l’énergie de fonctionnement se dissipe sous forme de chaleur. Pour ne pas détériorer le matériel et maintenir les centres en état de fonctionnement, il faut obligatoirement les réfrigérer en permanence. En France en 2015, la consommation en électricité des Data Centers atteignait 3 térawatt-heure (TWh) (3.1)(3.2) sachant qu’un TWh est égal à 1000 milliards de Wh. Ce chiffre est plus important que la consommation d’énergie de la ville de Lyon (4)(3.2) et cela représente 8% de la consommation électrique nationale (1)(3.1). A une autre échelle, la consommation électrique des centres de données atteint selon les sources 3 à 10% de la consommation mondiale (1)(2). Si toute cette énergie était de l’énergie propre, de l’énergie verte, l’impact des Data centers sur ce plan serait moindre. Malheureusement ce n’est pas encore le cas et la production d’électricité pour les centres aggrave le réchauffement climatique. Aujourd’hui, les datas centers sont responsables de l’émission de 2% des gaz à effet de serre et selon les prédictions des experts, ils pourraient être responsables de 14% des émissions en 2040 (1)(5). Le graphique suivant montre que les émissions de CO2 des data centers étaient aussi importantes que celles du Nigeria en 2008 (20). On peut alors penser qu’aujourd’hui elles ont augmenté et dépasse maintenant de loin les émissions du Nigeria. Les data centers sont un gouffre en électricité et le refroidissement par climatisation occupe une part importante de cette consommation en énergie, il est alors primordial de concevoir à l’avenir de nouvelles méthodes moins énergivores et tout aussi efficaces. Actuellement, différentes techniques de refroidissement existent. Chacune a ses avantages et ses inconvénients mais elles ont toutes le même but : maintenir le système en état de marche. Les data centers consomment beaucoup d’énergie pour le refroidissement, les hangars accueillants des serveurs doivent maintenir une température entre 20 et 25°C(6.1)(6.2). Les data centers qui sont composés de centaines de serveurs fonctionnent en continu et produisent énormément de chaleur (6.1)(6.2). C’est pourquoi, afin de conserver ses serveurs, il faut à tout prix faire descendre la température. Depuis des années les ingénieurs recherchent et développent de nouvelles techniques afin de concilier bonnes performances et économie. Comme dit précédemment, près de la moitié de l’énergie utilisée par les data centers est consacrée au refroidissement (6.1)(6.2). Ce chiffre peut varier en fonction de l’âge des serveurs et de la technologie utilisée pour leur conception. La
Une autre technique très utilisée est le refroidissement par confinement. Cette méthode consiste à utiliser de façon plus efficace l’air froid produit par les climatiseurs. C’est-à-dire, améliorer les flux d’air. Pour cela il faut éviter que l’air chaud et froid se rencontre et se mélange. Ainsi dans les datacenters, des allées froides et des allées chaudes seront confinées pour empêcher tout mélange d’air. L’air froid produit par le système de refroidissement sera parfaitement utilisé (11)(12). Pour les pays où le climat est chaud, la technique du free cooling est difficilement applicable, car l’écart entre la température intérieure et extérieure n’est pas suffisante pour refroidir les hangars. C’est pourquoi, le refroidissement par évaporation est utilisé. Il consiste à vaporiser de l’eau dans les bâtiments chauds. Par l’effet de la chaleur, l’eau va s’évaporer et va diminuer la température (11)(13). Toutes ces techniques ne sont pas applicables partout, un datacenter voulant changer son mode de refroidissement n’est pas forcément adapté à toutes les méthodes possibles. En effet, tous les data centers diffèrent dans leur gestion des multiples problèmes auxquels ils sont confrontés, impliquant diverses méthodes de résolution passants par leur conception et les technologies qui y sont employées. Cependant, ils se réunissent sur un point : les composants. Ces derniers sont nombreux et sont aussi au centre du débat sur la pollution des datas center.
De nouveaux dispositifs sont mis en œuvre pour réduire l’impact environnemental de la consommation énergétique des data centers, notamment par l’utilisation de panneaux photovoltaïques tel que chez Apple (16.1 et 16.2). L’énergie qui en sort n’est pourtant pas aussi « verte » qu’on le laisse à penser : contenant du silicium, un seul de ces panneaux coûte à l’environnement environ 70 kg de CO2. (17.1 et 17.2) Sachant que la demande en matériel informatique ne cesse de croître et que nous manquerons de matières primaires d’ici quelques dizaines d’années, un certain intérêt est porté au recyclage des composés en eux-mêmes plutôt qu’à leur remplacement. Ce processus est possible mais encore très peu utilisé de nos jours à cause de son coût. En effet, les alliages appliqués aux métaux rares par les industriels sont très difficiles à défaire ; la matière recyclée qui en sort est donc plus chère que la matière directement prise à sa source.(18.1 et 18.2) Finalement, des outils environnementaux ont tout de même été spécialement conçus pour les data centers, tel que des évaluations et des bases de données, qui visent à renseigner et donc améliorer le choix des produits intégrés aux structures, afin qu’ils soient réparables plutôt que remplaçables. (19.1 et 19.2) Après ces constatations, il semble évident que les data centers ont du progrès à faire ne serait-ce que pour réduire l’énergie nécessaire pour le refroidissement et adopter des composants recyclés plutôt que des matériaux tout juste extraits. Des scientifiques et ingénieurs cherchent activement des nouvelles méthodes de fonctionnement ou de fabrication afin qu’il soit possible, à l’avenir, de stocker les données du monde entier sans aggraver la situation écologique et climatique. (1) : https://www.lebigdata.fr/data-centers-environnement (2) : https://www.lexpress.fr/actualite/refroidir-nos-datacenters-un-vrai-casse-tete_2028689.html (3.1) : http://citygreen.eu/consommation-electrique-data-center/ (4) : https://ufe-electricite.fr/ (6.1) : https://www.lexpress.fr/actualite/refroidir-nos-datacenters-un-vrai-casse-tete_2028689.html (8) : https://www.abcclim.net/free-cooling.html (10) : https://www.lemonde.fr/pixels/article/2016/06/03/les-datas-du-grand-froid_4932566_4408996.html (12) : https://www.lemagit.fr/article/Les-methodes-modernes-de-refroidissement-pour-votre-datacenter (13) : https://www.condair.fr/applications/sujets-sur-l-humidification/le-refroidissement-par-evaporation (14.1) : https://www.lebigdata.fr/data-centers-environnement (14.2) : https://www.lemonde.fr/technologies/article/2007/06/14/ordinateurs-pollueurs_916629_651865.html (16.1) : https://www.lebigdata.fr/data-centers-environnement (17.2) : https://ecoinfo.cnrs.fr/2010/10/20/5-impacts/ (18.2) : https://ecoinfo.cnrs.fr/2014/09/03/3-le-recyclage-des-metaux/ (19.2) : https://www.greenit.fr/epeat/ (20) : - auteur : Vincent Vidal - lien URL : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphique_%C3%A9missions_de_CO2_centres_de_donn%C3%A9es.png - licence : Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International (21): - auteur : Antonin Royer, - licence : respecter les conditions de la licence Pixabay License, image d’origine : - auteur : 简体中文 (Akela999) - lien URL : https://pixabay.com/photos/electrical-data-center-2476782/ - licence : Pixabay License (22) : - auteur : Trueblood786 - lien URL : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pakistan_Chrome_Mines20120126_16100237_0003.jpg?uselang=fr Schéma du free cooling naturel - auteur : Antonin Royer - non libre de droit | ||
méthode la plus ancienne est la climatisation. De gros climatiseurs sont placés dans les hangars stockant les serveurs, cependant ils sont extrêmement consommateurs en énergie et donc très coûteux et polluants. Il faut donc trouver de nouvelles solutions qui depuis quelques années sont de plus en plus nombreuses, à commencer par le free cooling, une méthode innovante qui se développe dans le monde entier. Cette pratique écologique consiste à utiliser le flux d’air naturel pour refroidir les pièces contenant les serveurs. L’air froid de l’extérieur entre par le sol de la pièce et l’air chaud sort dehors par le plafond (6)(7). Le free cooling peut être naturel si le renouvellement d’air se fait grâce à des fenêtres que l’on ouvre ou non en fonction du besoin (voir schéma) (7)(8). Il peut aussi être mécanique si le changement d’air se fait à l’aide de ventilateurs pour accélérer le phénomène. Ce dernier est évidemment plus cher que le free cooling naturel mais représente quand même une économie d’énergie par rapport aux climatiseurs (9). Pour utiliser le free cooling il est préférable que les data centers soient installés dans des territoires ayant un climat plutôt froid, à l’image de Facebook qui en 2013 à inauguré son nouveau datacenter utilisant le free cooling au nord de la Suède (10). Cette technique a permis à la firme américaine de baisser ses factures en électricité, le refroidissement représente maintenant 10% de sa consommation en énergie.
Le hardware des data centers concentre de nombreux composants nocifs pour l’environnement du fait de leur extraction, de leur production et de leur simple nature. Que ce soit pour le système général, les moyens de refroidissement ou l’emploi de batteries de backup, ces composés chimiques et hautement toxiques sont essentiels au bon fonctionnement de la structure. Rien que pour la fabrication d’un seul ordinateur, on utilise près de son pro