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Comme l'explique l'Ademe dans son article Data centers : la face pas si cachée du numérique, les data centers "sont des installations physiques, des bâtiments destinés à stocker, traiter, et échanger de grandes quantités de données, à travers un réseau principalement composé de serveurs. Véritables coffres-forts du numérique, les professionnels et les particuliers sollicitent les data centers et les serveurs qu’ils renferment à chaque fois qu’ils utilisent des applications, des services en ligne, des logiciels, des terminaux mobiles, ou encore des sites web."

Leur développement exponentiel, encore boosté par l'essor des cryptomonnaies et de l'IA, n'est pas sans conséquences sur le plan environnemental :

Avec l’essor massif des cryptomonnaies et de l’intelligence artificielle, le volume mondial de données en circulation ne cesse d’augmenter (+ 40 % par an, selon Digital Realty, entreprise américaine de gestion de data centers, au Data center World Paris qui s’est tenu les 27 et 28 novembre 2024) entraînant un besoin accru de stockage et de calcul. Ce qui n’est pas sans conséquences sur l’environnement.

 

Électricité, eau, métaux : une industrie aux besoins croissants

Le numérique est à l’origine de 4,4 % de l’empreinte carbone en France.
Les data centers, quant à eux, représentent la deuxième source de pollution du secteur du numérique, après la fabrication des équipements. Leur empreinte environnementale provient en partie des besoins en électricité continus nécessaires à leur fonctionnement. Même lorsqu’un serveur est en veille, il consomme en moyenne 100 watts afin de répondre instantanément à une requête, et un gros data center en contient des milliers. « Un data center doit garantir la sécurité physique du capital digital que nos clients nous confient. Et il doit aussi être accessible 24 h sur 24, 7 jours sur 7. Alors, l’une de nos missions est de nous assurer que toutes les conditions sont réunies pour qu’il soit fourni en électricité en permanence », précise Régis Castagné. Ainsi, les data centers consomment actuellement 2 % de l’énergie mondiale. Et les estimations prévoient qu’en 2050, ils représenteront jusqu’à 6 % de l’électricité consommée en France. Et « les gros data centers atteignent des puissances de fonctionnement telles que des accords sont actuellement signés aux USA pour bénéficier de l’électricité d’origine nucléaire », précise Bruno Lafitte, expert en technologie de l’information à l’ADEME. L’empreinte carbone des data centers s’explique également par le recours à des systèmes de refroidissement destinés à réguler la chaleur qu’ils produisent. Pour ne pas être altérés dans leur fonctionnement, les serveurs ont besoin d’être maintenus à une température ambiante de 25 °C.
« Le refroidissement est l’une des fonctions vitales d’un data center. C’est un enjeu majeur. 40 % de l’énergie consommée par cette installation viennent de son système de refroidissement », ajoute Bruno Lafitte. En plus de la consommation énergétique, ces techniques de refroidissement demandent, selon la technique utilisée, une grande quantité d’eau, une ressource précieuse, devenant stratégique à cause des effets du réchauffement climatique et du stress hydrique induit.
De plus, la fabrication et la fin de vie des équipements qui composent les data centers sont une source de pollution supplémentaire. À l’instar des appareils électroniques, les serveurs informatiques exigent de grandes quantités de métaux rares, dont l’extraction intensive, principalement en Afrique, repose sur des procédés polluants.

 

Quelles pistes pour limiter l’impact des data centers ?

Comment réduire alors l’impact environnemental d’une activité destinée à se développer inexorablement ? Une première piste consiste à réduire l’utilisation d’énergie carbonée et à augmenter celle des énergies renouvelables pour l’alimentation des data centers. « Chez nous, l’usage de l’électricité est responsable de 44 % de nos émissions carbone. L’objectif est d’avoir recours à 100 % d’énergies renouvelables d’ici 2025. On en est à 92 % aujourd’hui », relate Grégory Lebourg, directeur de l’environnement chez OVHcloud. Une avancée de taille pour cette société au 1,6 million de clients, et 450 000 serveurs, qui émet près de 170 000 tonnes de CO₂ par an. Quant à Equinix, l’entreprise a déjà atteint l’objectif de 100 % en Europe et a créé ses propres sources d’énergie renouvelable sur le territoire français grâce à sept nouvelles fermes éoliennes.

Autre levier d’action : la promotion du recyclage et du réemploi des composants servant à fabriquer les serveurs. Dix ans après sa création en 1999, OVHcloud a fait le choix d’une chaîne logistique inversée.

« Nous avions déjà pris la décision de fabriquer nos propres serveurs pour garantir notre indépendance. Lorsque ceux-ci ont eu dix ans, on les a renvoyés dans nos usines de production pour les désosser, tester unitairement chaque élément, et voir dans quelle mesure on pouvait les réutiliser. Aujourd’hui, notre taux de réemploi de composants – grâce à un indicateur que nous avons créé – oscille entre 25 et 36 %. Cela évite chaque année l’émission de 17 000 tonnes de CO2», poursuit Grégory Lebourg.

 

De plus, des initiatives sont développées pour récupérer et valoriser la chaleur fatale générée par le fonctionnement des data centers. Retour à Saint-Denis, où la piscine olympique ainsi que 1 600 logements autour d’elle sont chauffés par un réseau de chaleur urbain alimenté par l’activité d’Equinix. La ferme urbaine positionnée sur le toit du data center est chauffée de la même manière, produisant deux tonnes de tomates et quelques kilos d’aromates redistribués à une épicerie solidaire de la ville.

Source : Ademe

L'ouvrage de Fanny Lopez et Cécile Diguet : Sous le feu numérique : spatialités et énergies des data centers, fournit des explications sur la pression que les data centers font peser sur les réseaux électriques :

La densité énergétique des centres de données n'a pas d'équivalent dans l'histoire de l'urbanisme. Ils perturbent les systèmes énergétiques locaux, et leur accumulation dans les zones urbaines comme leur extension dans les territoires ruraux représentent une grande préoccupation pour la planification toute échelle confondue. La déstabilisation qu'ils provoquent dans les systèmes électriques locaux a donné lieu à des positionnements très différents. Les réponses des autorités publiques de certaines villes européennes comme Amsterdam ou Stockholm ont été très remarquées pour les associations entre acteurs de planification urbaine et électrique, mais aussi pour les mutualisations énergétiques inédites autour de la récupération de chaleur comme le Data Park Program de Stockholm. [...] Si les réserves infrastructurelles des centres de données sont très importantes, les mutualisations réussies sont plus rares car elles nécessitent très en amont d'une association de la chaîne des acteurs de l'énergie et de l'urbain, et le modèle économique et juridique adéquat.

 

En dépit de l'amélioration de l'efficacité énergétique des composants, la consommation électrique globale des centres de données augmente fortement. Dans la recherche académique et industrielle, l'efficacité énergétique du numérique en phase d'usage est un sujet de recherche à part entière. En 1965, le co-fondateur d'Intel Gordon Moore a établi dans un article que la puissance des dispositifs informatiques double tous les 18 mois. Plus récemment, à l'Université de Stanford, Jonathan Koomey et ses collègues ont démontré que la quantité d'énergie dont une machine a besoin pour effectuer un nombre donné de calculs diminue d'un facteur deux chaque année et demie, toutefois la dissipation énergétique (notamment thermique) mais aussi la multiplication du nombre de machines restent croissantes, comme l'avait anticipé le physicien Rolf Landauer dès les années 1970. Les recherches sur l'impact énergétique lié aux calculs des centres de données économes ont commencé au début des années 2000 avec les travaux de Wu Feng et de son équipe à Virginia Tech. Dans le cadre du projet Super computing in small space, les chercheurs ont développé Green Destiny Low Power Super-computer (2001) qui a réussi à mettre en production des supercalculateurs en réduisant les coûts, la chaleur émise, l'énergie consommée et l'espace nécessaire. En France, à l'INRIA le groupe EcoInfo étudie les impacts et effets rebonds de ces différentes phases. Pour ce qui est des bâtiments eux-mêmes, les constructions neuves sont généralement très performantes, les opérateurs de centresde données ont les moyens capitalistiques pour investir dans du matériel très haut de gamme (onduleur, batterie, climatiseur, automate de contrôle...). Malgré ces efforts sur l'efficacité énergétique des bâtiments ainsi que les perspectives d'innovation et d'accélération (puissance de calcul, vitesse de transmission) du software et du hardware, la consommation électrique globale des infrastructures dédiées au traitement des données augmente à un rythme vertigineux. Selon une étude de référence réalisée en 2015 par Anders Andrae et Tomas Edler du centre de R&D Huawei à Stockholm, le secteur numérique consommait 7% de l'électricité mondiale en 2013.

 

Les centres de données eux-mêmes représentaient 2% du total mondial. Leurs projections atteignent un maximum de 13% de l'électricité mondiale consommée par les centres de données en 2030, et 51% pour le secteur informatique dans sa totalité. En 2017, l'association négaWatt estimait la consommation en France à 9%. Le think tank The Shift Project a revu ce scénario catastrophique à la baisse mais estime néanmoins que le secteur numérique pourrait représenter 25% de l'électricité mondiale en 2025 (Ferreboeuf 2018). Pour 2030, les grandes métropoles anticipent une augmentation de la puissance électrique d'au moins un ou deux GW en moyenne, mais cela pourrait être plus important. Rappelons qu'1 GW est la puissance électrique moyenne d'un réacteur dans une centrale nucléaire moderne. Le régime technique numérique suit une courbe exponentielle en térabits et mégawatts consommés. Il y a 20 ans, les premiers centres de données comptaient en moyenne 1000 m2 de salles informatiques et fonctionnaient avec 1 ou 2 MW. Aujourd'hui, certains grands sites, à l'exemple du nouveau campus d'Interxion à La Courneuve, offrent quelque 40 000 m2 et affichent une consommation de 130 MW. Les grands patrons du secteur dans ce qui peut ressembler à une prophécie autoréalisatrice envisagent que d'ici 5 ans un grand centre de données n'offre pas moins de 60 000 m2 ou 100 000 m2 de salles et quelque 300 MW électriques. 

 

L'entièreté du secteur électrique est perturbée par le numérique. Au-delà de la transmission et de la distribution, c'est aussi le secteur de la production et cela partout dans le monde. Les GAFAM exercent une pression sur la production énergétique des compagnies électriques historiques, s'engageant par endroits dans des cofinancements massifs d'infrastructure de production d'électricité renouvelable. Pour Gary Cook de Greenpeace, auteur du rapport Clicking Clean, si les GAFAM font des efforts, notamment en affichant des engagements à être approvisionnés par 100% d'énergies renouvelables, il y a encore beaucoup de chemin à faire car cette énergie n'est pas locale, ni additionnelle, ni réellement utilisée par leurs centres de données: elle est en partie achetée aux compagnies électriques grâce à des certificats (RECS aux Etats-Unis ou GO en Europe). Les GAFAM sont de plus en plus regardants et exigeants et vont jusqu'à forcer la transition énergétique de certaines vieilles utilities au mix très carboné... C'est notamment le cas dans certains Etats américains où le foncier est peu cher mais le mix énergétique très fossile (avec les centrales à charbon dont le lobby industriel reste puissant). Comme nous l'avions montré dans le rapport Ademe en 2019, certains GAFAM développent leurs propres infrastructures de production sur site ou à proximité. Dans l'Oregon, Apple a racheté le barrage hydroélectrique 45-Mile pour alimenter son centre de données de Prineville. Dans le Wyoming, Microsoft a fait acheter à la compagnie historique locale plus de 230 MW d'électricité éolienne. En Virginie, Microsoft avait négocié un accord avec Dominion Virginia Power et le gouvernement de l'Etat pour réclamer la production d'une centrale solaire de 20 MW. L'entreprise fait de même en Europe où elle a signé un contrat pour réserver la totalité de la production électrique d'un par éolien de General Electric, tout juste mis en service dans le comté de Kerry au sud-ouest de l'Irlande. Cet achat vise à verdir le mix énergétique de son grand centre de données à l'ouest de Dublin dédié aux services Cloud pour toute sa clientèle d'entreprises européennes.

 

Ces exemples n'ont rien d'anecdotique. Non seulement l'infrastructure numérique influe sur la production électrique mais elle perturbe tout autant la transmission et la distribution car l'infrastructure numérique s'approvisionne en se branchant sur les réseaux historiques de l'électricité. Un centre de données bénéficie généralement de plusieurs connexions au réseau électrique, deux en moyenne mais aussi d'une autonomie électrique sur site grâce à un micro-réseau qui interconnecte une production électrique de secours (issue de moteur thermique au fioul ou au gaz) et d'un système de stockage via des batteries. Assurer la continuité électrique est la première des obligations d'un centre de données, c'est sur ce point que repose sa valeur. Ces équipements fonctionnent en moyenne 3h par an dont la moitié pour des tests. Ce secours n'est pas pour se prémunir de panne en interne, la sécurité de ce système-là est garantie, cette infrastructure de secours vise à remédier aux possibles défaillances du réseau public de distribution réputé fragile faute d'investissement, surtout aux Etats-Unis.

 

Les opérateurs des réseaux de distribution (GRD) et de transmission (GRT) d'électricité sont en échange permanent avec cette clientèle industrielle dont les demandes ne cessent d'augmenter et les exigences de se renforcer. Au cours des 10 dernières années, les installations numériques ont majoritairement été réalisées au cas par cas, sans vision globale et stratégique. Mais aujourd'hui, les fortes pressions et déstabilisations que font peser les centres de données sur les systèmes électriques obligent ces derniers à mettre en haut de l'agenda politique un sujet qui était resté relativement opaque. Aux Etats-Unis comme en Europe, les opérateurs électriques sont assez discrets, étant donné l'obligation de confidentialité des entreprises. Mais les échanges avec les principaux acteurs du secteur font état de difficultés de moins en moins gérables en interne. C'est d'abord l'augmentation de la consommation d'électricité des centres de données qui menace de créer par endroits des pénuries de capacités sur le réseau électrique. Elles sont souvent induites par un décalage entre l'horizon de planification des centres de données et celui des GRT et GRD. Les centres de données sont coutumiers de la "sur-réservation", c'est-à-dire qu'ils contractualisent beaucoup plus de puissance électrique que ce qu'il leur est généralement nécessaire, notamment pour freiner la concurrence. Leur demande repose souvent sur une hypothèse de consommation maximaliste (quand le centre de données sera plein - ce qui prend parfois plusieurs années). Cet écart entre la puissance réservée et consommée est bloquant pour d'autres clients du territoire. Rappelons que le principe d'une connexion électrique est le même dans la plupart des pays européens: c'est le principe "premier arrivé, premier servi". Qu'il s'agisse d'un centre de données, d'un hôpital ou d'un ensemble de logements, le client demande un certain nombre de MW au réseau de distribution de service public qui est dans l'obligation de fournir l'électricité demandée. Dans les localités denses, cette surréservation crée des conflits d'usage, pour d'autres développements urbains. En Île-de-France, Enedis connaît pour certains territoires comme Plaine Commune des difficultés en termes d'approvisionnement électrique, ce qui crée des tensions dans les collectivités. C'est aussi l'exemple de la ville de Marseille dans le sud de la France: un centre de données a réservé une importante quantité d'électricité (90 MW), ne laissant plus de réserve pour les bus électriques de la municipalité. Le maire de Marseille de l'époque a dû négocier pour récupérer les 7 MW manquants à la mobilité de sa flotte. L'augmentation de la consommation électrique des centres de données provoque également une répartition déséquilibrée des coûts d'infrastructures alors même que l'impératif de la transition énergétique entraîne parallèlement des coûts importants de renforcement du réseau. Des déséquilibres apparaissent entre le développement de cette industrie privée et la préservation des intérêts collectifs dont les opérateurs publics sont garants. Face à la croissance des appels de consommation électrique, les gestionnaires de réseau cherchent des solutions pour remédier aux risques de surinvestissements liés aux puissances réservées par les centres de données. Dans toutes les villes où l'industrie des centres de données se déploie, les opérateurs électriques connaissent des tensions sur leur réseau et cherchent à se rapprocher des services d'urbanisme pour établir à moyen et long terme une stratégie d'implantation spatialement et énergétiquement maîtrisée.

Sur un plan plus positif, le développement des data centers est aussi source de croissance économique :

Depuis 2018, la croissance fulgurante de l’industrie du data center, sept fois supérieure à celle de l'économie française, s'accompagne d'une création d'emplois remarquable. 

Avec 28 000 emplois directs, dont 94% en CDI, le secteur offre des opportunités professionnelles stables et attractives. La progression annuelle de +6,5% du nombre d'emplois témoigne de son dynamisme, surpassant largement la moyenne nationale. De plus, chaque emploi dans un data center génère une importante valeur ajoutée, atteignant 121 000 euros par an, dépassant ainsi des secteurs clés comme l'industrie alimentaire (70 000 euros) ou automobile (89 000 euros).

Source : L'industrie des data centers : une croissance sept fois supérieure à celle de l'économie française

Pour aller plus loin, vous pouvez aussi consulter les ressources suivantes :

• Centre de données numériques : perspectives d’évolution de leurs consommations, Ademe
• La consommation d’électricité des centres de données entre 2018 et 2023, Statistique publique de l'énergie, des transports, du logement et de l'environnement
• Intelligence artificielle, données, calculs : quelles infrastructures dans un monde décarboné ? The Shift Project
• Actualisation des chiffres de l'impact du numérique en France, Mission interministérielle numérique écoresponsable
• Penser des datacenters moins énergivores, CNRS Le Journal
• Impact environnemental des centres de données : des gouffres énergétiques, France 24 (vidéo)
• Des datacenters dans l’espace : entre défi technologique et nécessité écologique, Techniques de l'ingénieur

Bonne journée.