Introduction

Au cours des quarantes dernières années, notre société a été le théâtre d’une (r)évolution radicale des technologies de l’information. Cette véritable course à l’innovation s’est accompagnée en parallèle d’une forte croissance de notre demande en ressources naturelles (matières premières, production d’énergie, espace). Aujourd’hui, la révolution numérique et la transition écologique sont deux grands enjeux qui nécessitent une vision commune à long terme. Cependant, ces deux thèmes sont rarement associés, voire plutôt opposés.

L’IT est en effet un secteur qui pollue. Actuellement la pollution numérique a une empreinte carbone non négligeable (3% des émissions de CO2). Les nouvelles technologies nécessitent des matières premières non renouvelables et produisent des tonnes de déchets électroniques. les technologies de l’information et de la communication continuent de suivre une forte croissance, à l’opposé du besoin de sobriété dicté par la quantité limitée de nos ressources naturelles. Quelles sont alors les pistes pour le Green IT ?

Il existe déjà des solutions pour être plus écologique, notamment les énergies renouvelables. Mais l’enjeu n’est pas tellement de trouver de nouvelles solutions que de mettre en œuvre celles qui sont déjà connues. La transition écologique est souvent coûteuse à court terme et nécessite un effort mondial commun, ce qui la rend complexe à orchestrer. Les énergies renouvelables sont par exemple, pour l’instant, moins rentables que les énergies fossiles et nucléaires. C’est donc un investissement souvent jugé difficile, à tel point que ce domaine évolue beaucoup trop lentement par rapport à nos besoins. En effet, nous consommons chaque année un peu plus tôt ce que la Terre peut produire en un an. Par exemple, cette année à partir du 2 août 2017 l’humanité vit à crédit, c’est le “jour du dépassement”. Pour résumé en une année, l’homme consomme 1,6 Terre. En 1986, celui-ci était le 31 décembre ; depuis il n’a fait que reculer. Néanmoins le “jour du dépassement” est un modèle simplifié qui peut donc être controversé.

Si notre mode de consommation actuel est la source du problème, il fait aussi partie de la solution. Pour cela, il faudrait repenser notre mode de fonctionnement et nos habitudes. La transition écologique peut démarrer grâce à deux leviers. Le premier levier est (i) l’action politique mondiale suite à une prise de conscience général. Le deuxième levier est (ii) d’agir sur la rentabilité de l’économie verte . Si les entreprises gagnent de l'argent en consommant moins, elles auront tout intérêt à le faire. En quoi les technologies de l’information et de la communication peuvent-elles favoriser ces actions?

Comment faire pour diminuer l’empreinte carbone de l’IT ? (L’empreinte carbone comprend les émissions CO2 des data centers et de la production, l’utilisation et le recyclage des ordinateurs). Enfin, l’IT peut-il, aide-t-il déjà notre société à devenir plus écologique?

Diminuer l’empreinte carbone d'Internet

Les chiffres

Les technologies de l’information et de la communication pourraient être responsables de 4 % de nos émissions de CO****2 en 2020 contre 2 % en 2005 et 3 % actuellement. Un impact plus important que tout le trafic aérien qui représente 2 à 3 % ! Ceci est dû à l’énergie nécessaire pour alimenter et refroidir les serveurs. *(1)(2)(3) Le mot “dématérialiser” peut souvent porter à confusion et donner une image plus écologique que cela ne l’est en réalité ; cela sous-entend à tort qu’aucune ressource physique n’est utilisée. Il faut alimenter, refroidir et entretenir les data centers ce qui nécessite beaucoup d’énergie.

Prenons un exemple : l'envoi d'un email d'un poids de 1 mégaoctet génère près de 20 grammes de CO2. Une entreprise de 100 personnes génère environ par an 13,6 tonnes de CO2 soit 14 allers-retours Paris-New York (pour un passager). Les échanges de mails à l’échelle de la planète durant une heure correspondent à 4 000 allers-retours Paris-New York.

Une recherche Internet génère quant à elle 10 grammes de CO2. Or, un internaute effectuant en moyenne 949 recherches sur le Web par an, les 29 millions d'internautes que compte la France généreraient ainsi 287.600 tonnes de CO2 par an, calcule l'Ademe (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie). Soit une pollution à près de 300.000 allers-retours Paris-New York !

Néanmoins, ces données datent de 2012, aujourd’hui une recherche Google émet 7 grammes et 5,5 milliards de requêtes sont effectuées chaque jour contre 3,3 milliards en 2012. *(4)(5)

Le dernier exemple de cette dépense énergétique folle pourrait être les crypto-monnaies : d'une part, la sécurité de ces monnaies virtuelles est assurée par des calculs volontairement difficiles (“Proof of Work”) et donc extrêmement énergivores. D'autre part, l'ensemble des transactions réalisées dans ces crypto-monnaies sont gardées en mémoire, répliquées sur des millions d'ordinateurs. La blockchain est encore une technologie nouvelle où des recherches sont faites pour le rendre plus écologique.

*Source : (1)“La Tribune”, (2)”Futura Science”, (3)”ConsoGlobe”, (4)”Planetoscope”,  (5) ”Webmarketing-conseil”

Les solutions alternatives

Il existe des solutions alternatives aux systèmes de messagerie e-mail et aux moteurs de recherche habituels.

Des moteurs de recherche comme “Lilo”,  “Ecosia”... financent des projets caritatifs à chaque recherche effectuée même si c’est le navigateur de Google qui est utilisé. Il existe d’autres messageries que le classique Gmail telle que “newmanity” qui utilise des énergies renouvelables et évite le stockage en supprimant automatiquement les vieux mails.

Des data centers écologiques

Les data centers émettent beaucoup de CO2 car il faut les alimenter mais, aussi, les refroidir. De nombreuses grandes entreprises se sont demandées comment réduire leur empreinte carbone à l’aide d’un meilleur design de leurs data centers, voire comment ceux-ci pourraient produire de l'énergie plutôt que d’en consommer.

Depuis quelques années, la progression des besoins énergétiques des data centers a ralenti et s'est stabilisée. En effet, de 2005 à 2010 la consommation énergétique du Cloud augmentait de 24 % chaque année ! Elle est à 4 % aujourd’hui. *(1)

“En installant des serveurs dans une ancienne papeterie de Finlande, Google utilise l’eau de mer pour évacuer la chaleur de ses serveurs informatiques. Une façon d’économiser beaucoup d’énergie et de limiter les émissions de CO__2_. Très soucieux de ne pas perturber la vie marine, Google refroidit ensuite de la même façon l'eau utilisée avant de la rejeter dans la mer. Le système a permis de supprimer tout système électrique de réfrigération et a permis de diminuer par près de deux fois la consommation énergétique du centre.”_ d’après l’article “Comment Google refroidit ses serveurs”.

Le système comporte néanmoins quelques inconvénients : après avoir été utilisée pour rafraîchir un data-center, l’eau de mer se retrouve cinq à six degrés au-dessus de sa température normale. Si elle est directement rejetée dans la mer, elle présente le risque de perturber l'environnement marin local. Pour éviter cet effet, il est nécessaire de rafraîchir au préalable l'eau de mer en transférant une partie de cette chaleur excédentaire dans l'air ambiant.

Afin d’optimiser le rendement du système de climatisation des salles serveurs, il est possible d’utiliser le principe de fonctionnement d’un confinement ou “couloir thermique”. Le principe est de séparer physiquement l’air chaud rejeté par les serveurs de l’air froid aspiré par le matériel. Ceci permet d’uniformiser le refroidissement des serveurs et matériels actifs entre le bas et le haut des baies, d’optimiser le rendement du système de climatisation tout en réalisant des économies d’énergie. *(2)

Schéma du principe de fonctionnement d’un confinement.

Google cherche aussi à améliorer la régulation de ses systèmes de refroidissement à l’aide de l’Intelligence Artificielle. Depuis plus d’un an, la société travaille en collaboration avec l’entreprise DeepMind qui récupère des données telles que la température, la puissance ou la vitesse de la pompe afin de réduire la consommation. Ils ont réussi à réduire de 40 % l’énergie utilisée pour refroidir, ce qui correspond à une réduction de 15 % du PUE (“Power Usage Effectiveness”, l’indice d’efficacité énergétique). *(3)

Les valeurs du PUE se situent en général autour de 2,5 et tombent autour de 1,2 pour les meilleurs. Google publie le PUE de ses “data centers” qui était à 1,20 en 2009 et est passé à 1,12 en 2014. *(4)

Schéma de l’amélioration du PUE Google. *(5)

Des experts sur les data centers propres sont OVH qui utilisent des systèmes de refroidissement à eau et à air. Ils obtiennent un PUE entre 1 et 1,2.

Malgré ce système de refroidissement, les data centers des grandes entreprises telles que Google continuent de polluer, représentant tout de même 3 % de l’empreinte C02 mondiale. Pour ne pas émettre de CO2, il faut que les data centers soient alimentés avec des énergies renouvelables, comme le fait Apple sur ses derniers centres.*(6) Ci-dessous un classement GreenPeace 2014 des différentes sources d'énergies utilisées par les grandes compagnies.

Tableau de comparaison Greenpeace 2014 des  différentes sources d’énergie des grandes entreprises d’informatique.

(Voir d’autres réflexions sur les data centers en dernière partie: Pour aller plus loin… )

*Sources : “vditech”, “Deep Mind”, “Wikipédia”, ”Google”, ”DataCenterDynamics”

En tant qu’OCTO...

De nos jours, les ordinateurs sont très puissants et peuvent exécuter très rapidement des milliards d’opérations. Les développeurs font donc moins attention aujourd’hui à être le plus performant possible. La qualité d’un code se mesure plus sur sa lisibilité et sa maintenabilité que sur sa performance. Or optimiser les performances d’une application est important pour économiser de l’énergie. Supposons par exemple une API codée en Java qui recevrait de nombreux appels (de l’ordre de 50 millions d’appels par jour par exemple). Il suffirait de “petites” actions telles qu’utiliser des types primitifs plutôt que des Objets java pour que chaque opération mette 3 fois moins de temps à s’exécuter et consomme moins en mémoire. Si avec la puissance de nos ordinateurs aujourd’hui, la différence de temps à tout exécuter est difficilement perçue par les utilisateurs, les ordinateurs eux, consomment plus en énergie. De même, les gestions de cache qui permettent de limiter les appels aux serveurs, activer gzip afin d’envoyer des fichiers moins lourds, sont autant d’actions qui permettent d’être plus écologique. Les performances d’une application ont un impact écologique. Un livre de Frédéric Bordage a été écrit sur le sujet: “Éco-conception Web”.  Un des outils connus pour connaitre les performances de son  application est Jprofiler. Le véritable problème est de mesurer la consommation énergétique de son application, pour cela il faut avoir accès aux serveurs, poser des sondes dessus et mesurer la consommation énergétique à chaque nouvelle mise en production. C’est le cas du projet Cosmo, le projet de remplacement des outils de contrôle SNCF avec OCTO et VSCT.

En ce qui concerne les architectes OCTO, ils donnent des indications sur l’architecture applicative, ils peuvent conseiller de choisir des serveurs sur le Cloud ou non, mais ils n’ont pas d’influence sur l’architecture et les différents composants des data centers du client. Or le Green IT dépend des installations. C’est le matériel (hardware) jeté, l’alimentation provenant des centrales thermiques et nucléaires et le refroidissement des serveurs qui polluent. Le Green IT dépend donc d’un autre domaine de compétence que celui des architectes OCTO.

OCTO a aussi animé en 2010 à l’occasion de l’USI un Green Challenge. Le concept était d’optimiser, juste par le code, les performances d’une application énergivore.

Recycler le matériel électronique

Les chiffres

La technologie a permis de démultiplier les puissances de calcul sur des puces de plus en plus petites. L’efficience énergétique des puces a été améliorée d’un facteur d’un milliard par rapport aux années 50 ! (C’est la conjecture de Moore) La densité des puces d’intégration a augmenté de 1 million en 40 ans.  Cependant la complexité matérielle de nos équipements a augmenté, nos téléphones comportent bien plus de puces et beaucoup de gens utilisent du matériel électronique: 75% des hommes possèdent une téléphone mobile *(1). Finalement la demande en matériaux est bien plus grande qu’avant. Il est estimé que l’homme consomme 10 tonnes de matériaux pour l’informatique par an, or ces matériaux sont non renouvelables.

La construction d’un  ordinateur émet environ 214 kg de CO2 contre 138 kg de C02 lors de son utilisation. *(2)

*Sources : “Le Monde”, “Green IT”

Le recyclage

Chaque année sont produits dans le monde 40 millions de tonnes de déchets électroniques. L’extraction des métaux des matériaux électroniques, même si elle est possible, est très difficile et très coûteuse. Les métaux rares des puces électroniques sont donc très peu recyclés.

Cependant tous les matériaux électroniques peuvent être recyclés en moyenne à 80% mais cela se fait dans des endroits spécialisés. Il ne faut donc pas jeter son matériel électronique avec les autres déchets. Les téléphones contiennent des matières avec des réserves limitées telles que le lithium et les terres rares, et dont l’extraction est très polluante. A partir de 50 000 téléphones portables, 1 kg d’or et 10 kg d’argent peuvent être extraits, d’une valeur avoisinant les 40 000 euros. Mais seulement 1% des téléphones mobiles sont actuellement recyclés en Europe.*(1)

Lors de l’achat d’un appareil électronique, le recyclage est inclus dans le prix du produit. Pour connaître des endroits où recycler le matériel électronique, le site d’Eco-systèmes propose un moteur de recherche par type de déchet et zone géographique. Apple propose par ailleurs des offres pour échanger un ancien iphone contre un nouveau à prix réduit.

L’ordinateur pollue moins lors de son utilisation que lors de sa construction, il vaut donc mieux garder son matériel le plus longtemps possible ou le revendre d’occasion afin de lui donner une seconde vie. Par exemple, à Shanghai il existe une vraie économie du tri. Plutôt que d’en extraire les métaux rares qui les composent comme le cuivre ou l’or, l’enjeu est plutôt d’en extraire les composants électroniques, comme les puces, pour les remettre en circulation. Et cette solution s’avère plus rentable que l’autre. Ainsi les chinois construisent un écosystème de fabrication électronique rapide et ouvert, en reutilisant les composants électroniques existants. L’idée est que n’importe qui peut recycler du matériel électronique en le reconfigurant puis en le remettant en vente. Pour faciliter la réutilisation des composants électroniques, il existe un registre ouvert avec une documentation des appareils électroniques à recycler. Cette économie de la réutilisation alimente le marché de l’IOT qui explose à Shanghai. Le recyclage n’est pas seulement un principe mais un “business”. *(2)

Les smartphones durent environ 2 ans. Il suffit qu'une seule pièce du téléphone s’use après un ou deux ans pour que tout le téléphone soit jeté. En 2013 apparaît l’idée d’un téléphone modulable où les pièces seraient facilement remplaçables et ainsi il y aurait moins de déchets électroniques. Cependant cela n’a pas connu un grand succès pour l’instant. La start-up hollandaise Fairphone est l’une des seule à en produire. Elle se spécialise dans les téléphones durables et équitables.*(3)

Le gâchis matériel est soupçonné d’être parfois, voulu par les sociétés afin d’inciter le consommateur à acheter davantage. «L'obsolescence programmée est punie d'une peine de deux ans d'emprisonnement et de 300.000 euros d'amende», dit la loi. Il y a actuellement des plaintes qui sont portés contre les fabricants d’imprimante. *(4)

*Sources : (1)“Arte”, (2)“Le Monde”, ”Le Figaro”, “Le Figaro”.

Favoriser l’écologie grâce à l’informatique

Les plateformes collaboratives

Il existe de nombreux projets et d’idées pour lutter contre le réchauffement climatique. Et grâce à des plateformes collaboratives telles que Climate CoLab  (une plateforme créée par le MIT) qui donne la possibilité à n'importe qui de proposer ses idées à des experts et aussi de contribuer aux idées des autres. Les meilleures idées ne viennent pas toujours des experts, comme le  souligne une collaboratrice de la plateforme. Avant la Cop21 en 2015, une plateforme open source Poc21 avait été créée afin de proposer des idées. Une douzaine ont été présentées lors du sommet. Le projet Fair Cap a permis de concevoir un bouchon (imprimable en 3D réutilisable) pour filtrer l’eau adaptable à n’importe quelle bouteille en plastique. *(1)

*Sources : “Le Monde”

Exemples où les technologies de l’information ont favorisé l’écologie.

Selon l’ancien PDG de Google, en 2010 nous produisons environ 5 exaoctets tous les deux jours, soit 2 x 10 puissance 18 octets, soit autant d’information qu’entre le début de la culture humaine et 2003. 90 % de l’information disponible dans le monde a été créée lors des 2 dernières années. D’ici 2020, la masse d’informations sera 50 fois supérieure à ce qu’elle était en 2012, et devrait représenter 40 Zo contre 1,8 Zo aujourd’hui. *(1)

L’objectif est de pouvoir traiter les données de sorte à ce que les industries trouvent des stratégies plus écologiques et rentables en perfectionnant leurs modèles.

• Le secteur agricole est un domaine qui cherche de plus en plus à retrouver une agriculture durable, même si, pour l’instant, produire biologique coûte plus cher. De nouvelles entreprises travaillent sur comment optimiser notre agriculture, la rendre performante tout en respectant l’environnement et en limitant donc les pesticides, OGM et grâce à l’IT, c’est possible! C’est le cas de farmbot, en France ces start-ups se regroupent dans une organisation : la “Ferme Digitale”. Le principal exemple qui montre que l’agriculture peut être durable et performante grâce à l’IT est le secteur agricole hollandais. Depuis 3 ans les Pays-Bas sont passés deuxième exportateur agricole mondial devant la France et après les Etats-Unis. Les Pays-Bas ont peu d’espace mais ils ont su avoir un meilleur rendement. « Nous n’avons pas énormément d’espace disponible aux Pays-Bas, a expliqué Caspar Itz, un porte-parole du ministère. Nous avons dû donc énormément investir dans l’innovation et la recherche pour établir une agriculture avec un meilleur rendement. Ce sont ces connaissances que nous partageons aujourd’hui », évoquant notamment des serres réduisant l’utilisation de l’eau, des systèmes s’appuyant sur les GPS et les drones ou des machines spécialisées. *(2) Le “National Geographic” de septembre 2017 a écrit un article sur comment l’agriculture hollandaise a su se renouveler en étant beaucoup plus écologique grâce à l’IT où tout est expliqué en détails. Grâce aux drones, ils reçoivent des quantités d’informations sur la qualité des terres qui permettent d’utiliser moins d’eau et de terre. Avec les fermes technologiques qui sont conçues pour avoir des conditions optimales pour la pousse, ils arrivent aussi à réduire fortement l’utilisation d’intrants chimiques (l’article du “National Geographic” suggère une réduction de 97% sur les laitues). Grâce aux LED ils font pousser des fruit et légumes en continu. En conclusion, ils arrivent donc à produire plus avec moins de ressources. L’objectif des hollandais est de produire deux fois plus avec deux fois moins.

• L’IoT permet de construire des systèmes intelligents et donc moins énergivores. Par exemple, un dispositif à très faible coût pour améliorer de 30% l’efficacité des panneaux solaires en leur permettant de s’incliner en suivant le soleil. *(3) Des entreprises telles qu'EDF se renseignent même sur comment construire des villes totalement connectées,  intelligentes (“Smart Cities”) afin de réduire les consommations d’énergie.

*Sources : (1) “Consoglobe”, (2)“La France Agricole”, (3)“Le Monde”.

Conclusion

La révolution informatique va continuer, il paraît inévitable aujourd’hui que le monde de demain soit de plus en plus connecté. L’homme risque de polluer encore plus qu'actuellement alors que la Terre s’est déjà réchauffée de 1 degré Celsius en 40 ans, beaucoup d’êtres vivants souffrent déjà du réchauffement climatique. L’objectif de cet article était de prendre conscience de la pollution générée par le secteur de l’informatique (plus que l'aéronautique) mais que des solutions existent pour rendre l’IT plus Green; citons: une bonne infrastructure des serveurs, des investissements dans des énergies renouvelables, optimiser les performances des applications et enfin le recyclage des matériaux permettent de moins polluer. Si actuellement investir dans l’écologie semble difficile, ça le devient de moins en moins. Grâce aux technologies de l’information, des secteurs tels que l’industrie ou l’agriculture peuvent se renouveler  pour devenir plus rentables et plus écologiques.

Le monde de l’informatique transforme la société actuelle, les informaticiens participent activement à cette transformation. Or le souci de l'écologie est souvent reléguée, loin dans les priorités de ces transformations, alors que son impact n'est clairement pas négligeable et facilement activable.

Pour aller plus loin...

Auto-hébergement

L’auto-hébergement signifie être son propre fournisseur de services comme, par exemple, être son propre fournisseur de messagerie ou avoir son site web chez soi en l’hébergeant sur un nano-ordinateur type Raspberry Pi ou Odroid. La consommation d’un Raspberry Pi est de 3,5 Wh, celle d’un Odroid XU-4 de 20 Wh ce qui est bien inférieur à la consommation de son ordinateur qui consomme à minima 100 Wh. En France, la consommation électrique des data centers aurait atteint près de 3 TWh en 2015 selon RTE.*(1) Néanmoins héberger sa messagerie ne présente pas toutes les options offertes par “Gmail”, comme typiquement la mutualisation des données (qui nécessite d'être sur le Cloud). De plus les serveurs sur le Cloud s’adaptent probablement mieux en fonction de la demande, ils reçoivent des appels jours et nuits puisqu’ils servent le monde entier et cela permet d’avoir moins de machines pour plus d’utilisateurs or l’utilisation émet moins de CO2 que la construction d’une machine (voire Recycler le matériel électronique : Les chiffres). En conclusion l’auto-hébergement peut sembler au premier abord une solution qui soit plus écologique que le Cloud, cependant ce n’est pas évident que ce soit réellement le cas.

*Sources : “Connaissances des énergies”

Data centers

Les systèmes de refroidissement, soit à eau, soit à air, sont maintenant intégrés dès la construction de la salle de serveur. Bouygues a présenté récemment ses techniques. L'air extérieur est systématiquement utilisé lorsque la température tombe en dessous de 15 degrés. Une membrane blanche à haut pouvoir de réflexion a également été installée sur la toiture pour renvoyer une part importante du rayonnement solaire. Or la réflexion des rayons solaires permet aussi de refroidir.

Un autre moyen pour que les data centers produisent de l'énergie plus qu’ils n’en consomment, serait que la chaleur produite par les serveurs permettent de réchauffer les bâtiments plutôt que les océans. Il faut que tout soit colocalisé mais par exemple l’entreprise “newmanity” qui propose une boîte mail écologique citée plus haut (voir I.B), utilise ses propres serveurs pour se réchauffer. A Paris, dans le quartier de Butte-aux-Cailles, la piscine municipale est chauffée à 28 degrés et cela grâce à des serveurs informatiques.

Hewlett Packard (HP) avait déjà utilisé d'autres méthodes originales, avec notamment dans le nord de l'Angleterre un centre de données refroidi grâce à l'humidité de l'eau de pluie.

Cette préoccupation de la méthode de refroidissement n'est pas nouvelle. En 2010, des chercheurs d'HP avaient imaginé alimenter leurs systèmes de réfrigération et leurs ordinateurs avec l’énergie produite par les déjections animales. En installant leurs centres près de fermes, laitières par exemple, là où chaque vache produit 55 kg de bouse par jour, transformables en méthane, lequel génère 3 kWh d'énergie électrique. Selon les chercheurs, 10 000 vaches seraient ainsi susceptibles de fournir l'électricité nécessaire à une salle informatique de 1 000 serveurs, alimentation des machines et climatisation comprises. Outre un revenu complémentaire pour les éleveurs, le système permettait d'utiliser le méthane, qui est un gaz à effet de serre vingt fois plus puissant que le CO2.*(1)

*Source : (1)“Energie L'expansion”.