L’industrie des centres de données, très gourmande en énergie, s’est engagée à atteindre l’objectif de zéro émission d’ici 2030. Nous nous entretenons avec des concepteurs et des exploitants de centres de données sur les dernières tendances en matière de durabilité des centres de données.
Bien que les centres de données soient devenus beaucoup plus durables au cours de la dernière décennie, la demande croissante de données a été si exponentielle que les centres de données comptent parmi les plus gros consommateurs d’énergie au monde.
Les centres de données représentent entre 1 et 1,5 % de la consommation énergétique mondiale, soit l’équivalent de l’industrie aéronautique, et ce chiffre devrait atteindre 8 % d’ici à 2030 si rien n’est fait. Les centres de données de l’UE sont responsables de 2,7 % de la demande du territoire.
L’électricité utilisée pour les systèmes informatiques et de refroidissement représente environ 86 % de la consommation totale d’énergie d’un centre de données. Le refroidissement à lui seul peut représenter jusqu’à 40 % de la consommation totale d’énergie d’un centre de données.
Alors que les nouveaux centres de données tiennent compte de la durabilité dès le début de la construction de l’infrastructure, les anciens centres de données continuent de consommer d’énormes quantités d’énergie.
L’industrie des centres de données, sous la pression des régulateurs, des investisseurs et des clients, a agi pour développer et adopter la durabilité afin d’essayer de limiter son impact sur le changement climatique.
Réagissant à l’inquiétude mondiale quant à l’importance de la consommation d’énergie de ces centres de données, l’industrie – menée par de grands acteurs tels que Google et Microsoft – s’est engagée à ce que les trois quarts de la consommation d’énergie des centres de données soient renouvelables ou sans carbone d’ici 2025.
Et à être complètement neutre sur le plan climatique d’ici 2030.
David Watkins, directeur des solutions chez Virtus data centers, explique qu’outre le fait que le secteur des centres de données dans son ensemble s’est engagé à atteindre la neutralité climatique d’ici 2030, la pression pour atteindre cet objectif vient des clients.
La plupart des organisations avec lesquelles nous travaillons ont leurs propres critères de durabilité très stricts. On nous demande de fournir des informations sur les performances de nos centres de données directement dans les rapports de durabilité de nos clients. C’est un domaine d’intérêt réel, tant pour nous en tant qu’industrie que pour nos clients. »
Cependant, l’effort en faveur de la durabilité des centres de données peut également se traduire par de grosses affaires. Le marché des centres de données écologiques devrait connaître un taux de croissance annuel composé de 7,5 %, passant de 36 milliards de dollars en 2021 à 55 milliards de dollars en 2027.
Efficacité de l’utilisation de l’énergie
Les centres de données mesurent l’efficacité de leur utilisation de l’énergie par une mesure appelée PUE (Power Usage Effectiveness). En gros, l’énergie que vous consommez pour faire fonctionner vos serveurs est mesurée comme « un » ; tout ce qui est en plus – comme l’infrastructure de refroidissement, la sécurité des systèmes du bâtiment, le chauffage général, etc. – est ajouté en plus.
Il y a quelques années seulement, le PUE pouvait atteindre deux, ce qui signifiait que pour chaque kilowatt de stockage informatique et de mise en réseau, vous utilisiez un autre kilowatt d’énergie pour le supporter.
Le PUE est en moyenne de 1,5 aujourd’hui, mais les installations plus récentes atteignent des performances bien meilleures. Plus votre bâtiment est efficace, moins vous consommez d’énergie.
L’opérateur de centres de données Kao Data déclare avoir un PUE de 1,25 pour son campus de Harlow.
Et ces légères différences ont leur importance lorsqu’il s’agit de coûts. Paul Finch, directeur de l’exploitation de Kao Data, souligne qu’une réduction de 0,05 du PUE de 1,2 à 1,15 aurait permis à une installation d’économiser 3 millions de livres sterling par an en frais d’exploitation – et ce, avant la guerre en Ukraine. Ce même chiffre a probablement triplé pour atteindre 9 millions de livres par an aujourd’hui.
Tendances en matière de durabilité des centres de données
M. Finch est perplexe face à l’attention soudaine portée à la durabilité des centres de données, étant donné qu’elle a toujours été intégrée dans l’ADN de Kao Data, qui exploite trois sites dans la banlieue de Londres.
déclare Finch : « Nous avons toujours essayé de faire les choses de manière durable. C’est comme si tout le monde venait de se réveiller et de sentir le café. La durabilité a toujours été au cœur des fondements de Kao Data. »
La durabilité va de pair avec la fiabilité, dit-il. Vous n’êtes pas l’otage des prix de l’énergie qui fluctuent si vous utilisez des énergies renouvelables. En outre, la durabilité réduit à la fois les dépenses d’investissement à court terme et les dépenses opérationnelles à long terme.
Selon M. Finch, « on finit vraiment par cocher toutes les cases, et il est tout à fait logique, d’un point de vue économique, de faire les choses de manière durable ».
Se débarrasser du diesel
Les centres de données doivent disposer de générateurs diesel de secours en cas de panne du réseau électrique. De nombreux centres de données gèrent des infrastructures gouvernementales critiques, telles que le NHS. Un centre de données gère les communications gouvernementales avec la flotte de sous-marins nucléaires – et il n’existe pas d’infrastructure plus critique que cela.
Cependant, les opérateurs de centres de données expérimentent l’abandon du diesel au profit de l’huile végétale hydrotraitée (HVO) – synthétisée à partir d’huiles végétales usagées et de graisses animales – qui permet de réduire les émissions nettes de gaz à effet de serre CO2 jusqu’à 90 %.
Kao Data est déjà passé à l’utilisation de l’HVO pour faire fonctionner ses générateurs.
Piles à combustible à hydrogène
Les centres de données étudient également la possibilité d’utiliser des piles à combustible alimentées à l’hydrogène comme générateur de secours, mais la technologie n’est pas encore au point pour fournir la même quantité d’énergie que les générateurs diesel fiables et malodorants.
Les piles à hydrogène peuvent être facilement rechargées pour fournir de l’énergie aux centres de données, qui devraient disposer de systèmes d’alimentation de secours pouvant durer jusqu’à 48 heures. Plus important encore, les piles à combustible ne génèrent aucune émission, leur seul sous-produit étant l’eau.
En février de cette année, NorthC, société néerlandaise de centres de données, est devenue le premier centre de données européen à installer des piles à hydrogène pour l’alimentation de secours.
Jusqu’à 37 % des gestionnaires de centres de données envisagent de mettre en œuvre cette technologie au cours de l’année à venir.
L’opérateur californien de centres de données Equinix développe également des piles à combustible à faible teneur en carbone en partenariat avec six autres entreprises. Ces piles à combustible peuvent consommer de l’hydrogène vert et le consortium a reçu une subvention de 2,5 millions d’euros de la Commission européenne en décembre dernier pour poursuivre ses recherches.
Equinix affirme que le remplacement des générateurs diesel par des piles à combustible permettra non seulement de réduire les émissions de carbone, mais aussi d’économiser sur les coûts d’infrastructure, de réduire leur taille et de faciliter leur entretien.
Ici, au Royaume-Uni, M. Finch pense que le gouvernement doit investir dans le développement de la technologie des piles à combustible et aider à trouver des solutions aux problèmes plus larges de la chaîne d’approvisionnement en hydrogène.
Après Covid, la perception des centres de données par le gouvernement a changé, dit-il, une fois que les responsables ont réalisé l’importance de ces centres pour le fonctionnement quotidien du pays, et leur rôle crucial dans l’infrastructure.
Les énergies renouvelables
L’opérateur britannique de centres de données Virtus n’utilise que de l’énergie renouvelable, générée par l’énergie solaire, éolienne et hydraulique, pour ses centres de données – ce qui augmente la demande d’énergie renouvelable et encourage les investissements dans le secteur pour répondre à cette demande. Par exemple, Virtus envisage de signer un contrat d’achat d’électricité (CAE) avec son fournisseur d’énergie, garantissant l’achat d’énergie à l’entreprise pendant 10 à 15 ans. Le fournisseur d’énergie peut présenter ce PPA à la banque et emprunter sur cette base.
Virtus souligne qu’en utilisant uniquement de l’énergie renouvelable, elle a été isolée du choc mondial des prix de l’énergie déclenché par la guerre en Ukraine.
Une fois de plus, Equinix est devenu le premier opérateur de centres de données à s’engager à devenir climatiquement neutre d’ici 2030. En 2014 déjà, Greenpeace avait reproché à l’entreprise de ne pas s’engager suffisamment en faveur des énergies renouvelables et de la réduction de son empreinte carbone. L’opérateur de centres de données souhaite que ses sites soient uniquement alimentés par des énergies renouvelables d’ici là. En 2021, 95 % de la consommation d’énergie d’Equinix proviendraient de sources d’énergie renouvelables.
Gestion des flux d’air
La gestion des flux d’air consiste à essayer d’éviter de mélanger l’air froid dans les allées d’alimentation (utilisé pour maintenir les serveurs au frais et les faire fonctionner efficacement) et l’air chaud dans les allées d’évacuation (pour évacuer la chaleur résiduelle du centre de données aussi rapidement que possible). En évitant le contact entre l’air froid et l’air chaud, on minimise la quantité d’énergie consacrée au refroidissement.
La disposition alternée des allées chaudes et froides des baies de serveurs permet de gérer les flux d’air et d’économiser l’énergie. Il s’agit d’ajuster la configuration des baies pour que les entrées d’air froid et les sorties d’air chaud soient orientées dans des directions opposées. En empêchant l’air chaud et l’air froid de se mélanger, les centres de données peuvent mieux gérer les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC).
Virtus tente de s’assurer que l’air chaud généré par les circuits chauds des serveurs n’est pas renvoyé dans l’air froid qui circule au-dessus. Au lieu de cela, cet air chaud est capturé et alimenté dans le système de climatisation du bâtiment et recirculé, refroidissant davantage la température. Ainsi, la gestion du flux d’air devient un cercle vertueux.
Une autre tendance dans la conception des centres de données consiste à faire entrer l’air par des murs de ventilation, contrairement aux anciens centres de données, qui utilisaient un plancher d’accès surélevé pour fournir des voies de ventilation.
Calcul haute densité
La bonne vieille climatisation, très énergivore, suffisait autrefois à maintenir ces serveurs au frais. Ce n’est plus le cas aujourd’hui avec l’arrivée de l’IA, qui consomme beaucoup d’énergie. Les concepteurs de puces développent des processeurs toujours plus performants pour répondre aux besoins de calcul intenses de l’IA. Mais cela implique des racks à haute densité de chaleur pour répondre aux demandes de l’IA.
Une solution est le refroidissement liquide sur les racks de calcul à haute densité. Selon le cabinet de conseil mondial Gartner, le refroidissement liquide est jusqu’à 3 000 fois plus efficace que l’utilisation de ventilateurs pour faire circuler l’air, car il refroidit directement la source de chaleur – le serveur – plutôt que l’espace entier.
L’espace nécessaire au refroidissement liquide est également moindre, ce qui permet de déployer cette méthode dans des installations plus petites et plus denses.
Cependant, la technologie est coûteuse et, dans une certaine mesure, non éprouvée, ce qui fait que les clients hésitent à l’adopter. Les fabricants de matériel ont été lents à incorporer ce type de refroidissement liquide dans les serveurs moins chers.
Contrôle automatique du refroidissement assisté par l’IA
L’utilisation de capteurs pour identifier le gaspillage d’énergie et le déploiement de plateformes de gestion logicielle pour maximiser l’efficacité sont bien plus efficaces que la surveillance manuelle de l’alimentation. Equinix estime que la surveillance automatisée de l’alimentation pourrait améliorer l’efficacité énergétique des centres de données de 30 à 50 %.
En Australie, par exemple, la société de services informatiques Fujitsu a économisé 230 000 dollars de coûts énergétiques annuels en installant des capteurs sans fil pour recueillir des données environnementales et optimiser les conditions dans ses centres de données.
Une autre entreprise qui a réussi à automatiser la surveillance dans un centre de données est le géant technologique Alphabet, la société mère de Google. Son moteur de recommandation IA basé sur le cloud utilise des données en temps réel provenant de capteurs pour prédire les futurs modèles de consommation et identifier comment économiser de l’énergie. En conséquence, Google a réussi à réduire la consommation d’énergie des données de 40 %.
Le cabinet de design international Scott Brownrigg, qui a notamment conçu le centre de données Belvedere prévu dans l’est de Londres, discute avec un aéroport et un hôpital de l’utilisation de l’IA pour fournir un modèle 3D en temps réel incroyablement détaillé – ce qu’il appelle un jumeau numérique. Il s’agit d’une sorte de conception assistée par ordinateur (CAO) de nouvelle génération, que les architectes utilisent depuis des décennies.
Sam Stevens, directeur et responsable des technologies avancées chez Scott Brownrigg, explique : « L’idée serait que la réplique numérique du bâtiment devienne un outil d’aide à la gestion et au fonctionnement des installations, par exemple une alarme pourrait s’afficher à l’écran pour avertir votre responsable des installations lorsqu’un équipement doit être testé ou changé. C’est presque comme un modèle vivant en 3D qui fonctionnera en temps réel ».
Récupération de chaleur
Des ordinateurs plus puissants et plus denses signifient plus de chaleur. « Vous ne pouvez pas battre la physique », déclare David Watkins, directeur des solutions chez Virtus. « Quelle que soit la façon dont vous mettez l’électricité, elle se transforme toujours en chaleur, et il faut ensuite se débarrasser de cette chaleur. »
Comme nous l’avons vu, la dernière génération d’ordinateurs à haute densité utilise de l’eau réfrigérée au lieu de l’air conditionné pour rester au frais – et le secteur étudie comment connecter cette eau désormais chaude pour alimenter une piscine locale ou pour chauffer une école, ce qui est assez courant en Scandinavie.
Le centre de données PA10 d’Equinix, prévu à Paris, en France, espère détourner la chaleur résiduelle des équipements des clients pour la réutiliser dans le réseau de chauffage de la communauté.
En outre, ce nouveau centre de données comprendra une serre sur le toit avec un système de récupération de l’eau qui permettra de retenir l’eau de pluie et de réduire la quantité d’eaux usées envoyées dans les égouts.
Stevens cite comme exemple d’économie circulaire le centre de données de la mine Lefdal, en Norvège, qui recycle l’eau chauffée pour la pisciculture locale et dont les déchets sont transformés en engrais pour l’agriculture.
Il considère que le rôle de l’architecte consiste en partie à faire en sorte que les parties prenantes se parlent en matière de durabilité, de sorte qu’un promoteur immobilier puisse prévoir la présence d’un centre de données sur un site afin de fournir de la chaleur résiduelle aux habitations, à l’agriculture verticale ou aux installations de loisirs, telles qu’une piscine, qui ont toutes besoin d’eau chaude.
M. Stevens déclare : « Nous aimerions voir davantage de réflexion commune entre les promoteurs et les fournisseurs de centres de données, car il est possible d’en tirer un avantage mutuel. »
Bien sûr, les centres de données ont eu mauvaise presse ces derniers temps, avec des histoires de centres de données qui s’activent pour extraire des bitcoins tout en chauffant la planète.
Cependant, il se pourrait que cette attitude change une fois que les gens auront compris qu’un petit centre de données local pourrait alimenter la piscine locale.
M. Stevens déclare : « Les gens ne le savent peut-être pas, mais chaque fois qu’ils utilisent leur téléphone pour quelque chose comme WhatsApp ou qu’ils publient sur les médias sociaux, ces données doivent être stockées quelque part. Nous nous intéressons à la manière dont l’énergie qui entre dans ces lieux de stockage peut être réutilisée au moins une fois. Par exemple, l’utilisation de la chaleur résiduelle et son partage avec les voisins pourraient potentiellement réduire les factures d’énergie des gens. Cela pourrait-il transformer notre relation avec les centres de données en quelque chose qui apporte des avantages mutuels et la conversation se transforme en « Pourquoi ne pouvons-nous pas avoir un centre de données près de chez nous ? ».
Net zéro d’ici 2030 ?
Finch et Watkins sont tous deux convaincus que l’industrie tiendra sa promesse d’atteindre le niveau zéro d’ici 2030.
Finch déclare : « Il suffit de regarder les améliorations apportées par l’industrie au cours de la dernière décennie pour s’en rendre compte. Les améliorations ont été spectaculaires. »
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