Chaque e-mail envoyé, photo ou vidéo capturée, jeton cryptographique échangé et article en ligne publié s’ajoute à la masse croissante de données numériques dans le monde.
Rien que l’année dernière, près de 100 000 milliards de gigaoctets de données ont été créés et consommés, selon l’étude de marché International Data Group, ce qui équivaut à 4,5 000 milliards de fois le contenu textuel total de Wikipédia. Et ce chiffre doublera encore presque d’ici 2025.
Cette croissance est alimentée par les centres de données énergivores du monde entier qui traitent, hébergent et stockent des informations numériques, mais dont la capacité devient rapidement insuffisante.
Les promoteurs se démènent pour agrandir les centres existants ou en construire de nouveaux afin de répondre à la demande. Un nombre toujours croissant de personnes et d’appareils se connectent en ligne ; les services de streaming tels que Netflix et Spotify comptent des millions d’utilisateurs simultanés ; et l’avènement des crypto-monnaies et de leurs méthodes d’extraction lourdes en traitement ont tous ajouté à la pression. L’exploitation minière et le commerce de Bitcoin ont consommé près du triple de l’électricité de toute l’île d’Irlande l’année dernière, estime le Cambridge Centre for Alternative Finance.
Notre dépendance à l’égard des centres de données pour le fonctionnement de la vie moderne ne fera que s’enraciner davantage. Dans les années à venir, « deux des principaux moteurs seront l’IA et l’Internet des objets », explique Petroc Taylor, analyste de recherche pour Statista couvrant les centres de données et les télécommunications. « Ces algorithmes d’IA ont besoin d’énormes quantités de données d’entraînement, car à mesure qu’ils deviennent plus complexes, ils [will] besoin de filtrer davantage de données.
Grands modèles de langage tels que GPT-4, qui alimente ChatGPT, nécessitent de grandes quantités de puissance de calcul pour être créés et améliorés. Bien qu’OpenAI, la société derrière ChatGPT, ne publie pas de chiffres exacts, son ancien modèle, GPT-3, aurait coûté entre 3,2 et 4,6 millions de dollars en puissance de traitement pour s’entraîner. Pour la formation de GPT-4, ce coût est passé à plus de 100 millions de dollarsselon une estimation de Sam Altman, PDG d’OpenAI.
Résoudre la crise imminente des centres de données ne se résume pas simplement à créer de nouvelles opérations ou à étendre celles existantes. Les promoteurs doivent surmonter des obstacles, notamment les restrictions de planification locale, la nécessité d’augmenter la production d’électricité et de moderniser les systèmes de transport nationaux.
Dans les régions qui hébergent des clusters de centres de données, ces contraintes limitent le développement de nouveaux centres, obligeant potentiellement les développeurs à chercher ailleurs.
La quantité d’électricité consommée par les centres de données a également soulevé des questions sur leur durabilité – et sur leur impact sur les objectifs de zéro émission nette des pays.
« Il est certainement physiquement possible de répondre à cette croissance de la demande, de décarboner et d’avoir suffisamment de production », déclare Mark Turner, associé du cabinet de conseil en énergie Baringa. “Mais équilibrer toutes ces choses devient particulièrement difficile.”
Anatomie d’un centre de données
Un ordinateur personnel contient un disque dur pour stocker les données, un processeur capable de modifier ces données, du matériel réseau pour se connecter à Internet et une batterie ou une alimentation pour fournir l’énergie nécessaire à tout cela. Lorsque l’électricité traverse le matériel de votre ordinateur portable, elle produit de la chaleur qui est refroidie par un ventilateur.
Les centres de données reprennent ces concepts fondamentaux d’un ordinateur standard et les mettent à l’échelle à un niveau énorme. Au lieu d’un seul disque dur sur votre ordinateur pour stocker des photos et des vidéos personnelles, un centre de données contiendra plusieurs milliers de disques durs et de puissants processeurs à l’intérieur de « serveurs » qui stockent, traitent et hébergent de grandes quantités de données, par exemple l’intégralité du catalogue vidéo de Youtube.
De vastes baies de serveurs sont stockées dans des rangées de « racks » énergivores qui produisent des quantités incroyables de chaleur. Cette chaleur nécessite des systèmes de refroidissement spécialisés pour être régulée. Un centre de données doit être maintenu entre 18 et 27 degrés Celsius afin d’éviter la détérioration du matériel.
Les centres de données ont différentes structures de propriété. Les organisations peuvent construire et exploiter leurs propres centres de données pour leurs propres besoins spécifiques, ce qui peut être préférable pour les opérations gouvernementales ou militaires sensibles en matière de sécurité. À l’autre extrémité de l’échelle, l’espace serveur peut être loué pour de courtes durées auprès d’entreprises qui possèdent et exploitent des centres de données appelés « fournisseurs de cloud », comme Amazon Web Services ou Google Cloud. Quel que soit leur mode de fonctionnement, tous les centres de données nécessitent un approvisionnement important en électricité fiable pour alimenter leur matériel et leurs systèmes de refroidissement.
Même si l’efficacité énergétique des centres de données s’est considérablement améliorée au cours de la dernière décennie, la demande toujours croissante de données a entraîné une augmentation de la consommation globale d’énergie.
L’efficacité énergétique d’un centre de données est mesurée sur une échelle d’efficacité de consommation d’énergie (PUE), qui équivaut à la puissance totale entrant dans un centre de données divisée par l’énergie totale utilisée pour faire fonctionner les équipements qui s’y trouvent. Une efficacité parfaite recevrait donc un score PUE de 1.
Jusqu’en 2018, les centres de données réalisaient d’importants gains en termes d’efficacité énergétique, grâce à la consolidation et à l’amélioration des systèmes de refroidissement. Toutefois, ces gains d’efficacité ont plafonné.
Quand les routes de la fibre convergent
En raison de facteurs tels que la géographie, le climat et l’accès à une main-d’œuvre qualifiée, les centres de données ont tendance à être géographiquement regroupés ; les grands hubs comprennent Dublin, Amsterdam, Zurich et Virginie.
Structure Research, un cabinet de conseil axé sur l’infrastructure Internet, estime que les centres de données ont consommé de l’électricité à hauteur d’environ 1 pour cent de la demande énergétique totale mondiale l’année dernière. Cependant, en raison du regroupement, la demande d’électricité n’est pas répartie de manière égale dans le monde.
Les hubs les plus actifs ont « des liens vers les réseaux de fibre optique qui traversent différents continents », explique Turner, qui a également étudié les spécificités du marché irlandais des centres de données. “C’est là que des endroits comme Amsterdam et Dublin gagnent vraiment, car ils ont de nombreuses routes de fibre optique convergeant en un seul endroit.”
Il y a 82 datacenters opérationnels dans la République d’Irlande, par exemple, la plupart se trouvant dans la grande région de Dublin. 40 autres ont reçu une autorisation de planification et 12 sont en construction, selon Bit Power, une société d’études de marché irlandaise.
Ces centres ont consommé 19 pour cent de la consommation totale d’énergie de l’Irlande en 2022. Cette part devrait augmenter jusqu’à 28 pour cent d’ici 2031, selon Eirgrid, le gestionnaire du réseau de transport irlandais. En raison de préoccupations concernant la capacité de son réseau, Eirgrid a cessé de fournir de nouvelles connexions au réseau aux centres de données de la région de Dublin jusqu’en 2028.
« Il existe clairement une volonté de renforcer le réseau autour de Dublin », déclare Turner. « Mais c’est très difficile de faire ça. . . en particulier pour obtenir le bon permis de construire et, en général, il est très difficile de planifier de nouveaux câbles, en particulier dans les zones bâties.
Les problèmes d’approvisionnement en électricité et de transmission ne sont pas propres à l’Irlande. L’État américain de Virginie possède l’un des plus grands clusters de centres de données aux États-Unis, soit 27 % de la capacité totale des centres de données américains, selon Structure Research. Ses 300 centres consomment 20 pour cent de toute la demande d’électricité de l’État.
Les entreprises technologiques préoccupées par l’impact de ce niveau de demande sur l’environnement planifient et investissent dans des services cloud plus durables. Sundar Pichai, PDG de Google, a annoncé en 2020 son « engagement à fonctionner avec une énergie sans carbone 24h/24 et 7j/7 dans tous nos centres de données et campus dans le monde » d’ici 2030.
L’entreprise prévoit d’acheter de l’énergie propre 24 heures sur 24 sur les marchés où elle opère et investit également dans les énergies renouvelables. D’autres opérateurs de centres de données ont pris des engagements similaires pour décarboner leurs réseaux.
Les centres de données apparaissent comme d’importants acteurs du marché de gros de l’électricité, capables d’influencer l’orientation des investissements dans la production d’électricité.
En avril, Google a conclu un accord de pouvoir d’achat direct pour acheter 150 mégawatts d’énergie éolienne à Ørsted, une société énergétique danoise exploitant des parcs éoliens aux États-Unis.
De tels accords d’électricité conclus par les opérateurs de centres de données peuvent contribuer à sécuriser le financement de la construction en garantissant un flux de revenus fixes aux fournisseurs d’énergie propre pendant plusieurs années. Un spécialiste du secteur de l’énergie a déclaré au Financial Times que « les accords de pouvoir d’achat sont l’un des facteurs clés qui décident de la construction ou non d’un parc éolien ».
Selon Turner, cela suggère que de nouveaux pôles pourraient jouer un rôle dans la satisfaction de la demande future, parallèlement à l’expansion des centres existants.
«Les meilleurs emplacements les plus évidents et les plus intéressants sont probablement ceux qui ont déjà été aménagés», dit-il. « Dans le tableau de bord des facteurs liés à l’emplacement de votre centre de données, à la disponibilité d’une marge et d’une capacité suffisantes sur le réseau, et à la disponibilité d’une énergie à faible émission de carbone, idéalement à bas prix – [the latter] devient de plus en plus critique. Cela pourrait amener les opérateurs à chercher ailleurs.