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5 choses à savoir sur les émissions GES du cloud

Mar 22, 2022

Au cours des dernières décennies, la numérisation est devenue une caractéristique essentielle de la résilience de nos sociétés : elle s’est révélée indispensable en 2020, à l’apogée de la crise Covid-19, et son importance dans nos vies continuera certainement à croître dans les années à venir.

Cependant, les conséquences physiques des activités numériques sont de plus en plus difficiles à ignorer. Les technologies numériques sont responsables de 4 % des émissions de gaz à effet de serre dans le monde, et leur consommation d’énergie augmente de 9 % chaque année. Parmi ces émissions, environ 15% sont dues à la consommation d’énergie des centres de données – le reste étant principalement causé par les terminaux des utilisateurs (63%) et les réseaux (22%)[1].

Bien que les centres de données représentent une part relativement mineure des émissions de carbone dans les activités numériques, ils peuvent devenir un poids important sur l’empreinte carbone de votre entreprise. Certains choix d’infrastructure que vous faites peuvent également avoir un impact direct sur votre empreinte carbone : est-il préférable de disposer d’une infrastructure sur site ? Quel fournisseur de services cloud est le plus avancé en matière de réduction et de communication sur ses émissions de carbone ?

Voici cinq points clés pour vous aider à y voir plus clair sur ce sujet.

1. Pourquoi le cloud émet-il des gaz à effet de serre?

Pour bien comprendre les émissions de carbone liées aux centres de données, nous devons d’abord aller à la racine de ce qu’implique réellement le cloud. Derrière les nombreux cas d’utilisation – notamment l’hébergement web, le stockage de données, l’apprentissage automatique ou d’autres applications de calcul intensif… – se cache un principe de base fondamental : les clients achètent la possibilité de décharger leur charge de travail informatique sur des centres de données distants au lieu d’utiliser leur propre infrastructure sur site. De cette façon, ils bénéficient d’une plus grande flexibilité.

Aperçu général des services cloud. D’une manière générale, les fournisseurs de services cloud permettent à leurs clients de stocker des données, d’effectuer des requêtes, d’exécuter des calculs lourds, d’héberger des sites Web et des applications, …

Les émissions de carbone liées au cloud peuvent donc être divisées en quatre grandes catégories [2].

  • La consommation d’électricité des serveurs. C’est la première chose qui vient à l’esprit. La production d’électricité peut être plus ou moins carbonée, en fonction de l’emplacement du cloud, et des choix effectués par les fournisseurs de services de cloud. Dans l’ensemble, les centres de données demandent beaucoup d’énergie pour fonctionner : en 2020, les centres de données dans le monde ont utilisé environ 200 TWh, ce qui représente 1% de la demande mondiale d’électricité.
  • L’énergie utilisée pour le refroidissement des serveurs. Lorsqu’ils sont en charge, les serveurs ont tendance à s’échauffer. Ils doivent donc être refroidis pour pouvoir être utilisés en continu, généralement à l’aide de ventilateurs ou d’un système de refroidissement par eau. Cette dimension est suivie à l’aide d’un ratio appelé Indicateur d’Efficacité Énergétique, qui indique la quantité d’énergie à dépenser pour le refroidissement afin que les serveurs fonctionnent correctement. Par exemple, un ratio de 2 signifie que pour chaque kWh consommé par un serveur, un kWh doit être consacré au refroidissement.
  • La fabrication des serveurs et des équipements de refroidissement. La fabrication de ces équipements nécessite l’extraction de métaux rares et d’autres matières premières, une multitude de processus industriels intermédiaires, et le transport de l’usine au centre de données. Toutes ces étapes nécessitent une quantité importante d’énergie, qui se traduit directement par des émissions de CO2.
  • Les émissions causées par les employés travaillant dans les centres de données – bien qu’il s’agisse généralement de la plus petite source d’émissions. Cette catégorie peut inclure leurs déplacements, les ordinateurs personnels qu’ils utilisent, leurs repas, …

En d’autres termes, pour calculer les émissions de carbone des services cloud que vous achetez, il est nécessaire d’avoir une estimation correcte de tous ces paramètres.

2. Les services cloud sont plus efficaces que les serveurs sur site

Du point de vue du carbone, le cloud est généralement moins émissive qu’une infrastructure sur site moyenne.

  • Leur charge de travail est plus optimisée : il est moins nécessaire de disposer de machines supplémentaires « au cas où », pour faire face à des poussées d’activité aléatoires. En raison de leur taille, les fournisseurs de services cloud sont en mesure de répartir la charge de travail de manière beaucoup plus efficace et ont donc besoin de moins de machines.
  • Leur système de refroidissement est également beaucoup plus efficace. En raison de l’impact direct sur leurs coûts, et parce que cela fait partie de leur activité principale, les fournisseurs de cloud ont tout intérêt à dépenser le moins d’énergie possible pour le refroidissement.

Cela suppose que vous choisissiez une instance dans un pays où la production d’électricité n’émet pas beaucoup de CO2. Si vous n’êtes pas sûr, vous pouvez vérifier l’intensité carbone de votre pays avec electricityMap, un projet open-source qui suit en temps réel l’intensité carbonique de l’électricité consommée dans la plupart des pays européens, américains et océaniques.

L’utilisation du cloud a été l’un des principaux instruments permettant de limiter la croissance de la consommation énergétique des industries numériques. Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la charge de travail des centres de données a été multipliée par dix entre 2010 et 2020, mais leur consommation d’énergie est restée extrêmement stable au cours de la même période.

3.  La nature distribuée du cloud requiert une allocation des émissions

Les services cloud peuvent être plus efficaces que les infrastructures sur site à un niveau global, mais ils rendent beaucoup plus difficile l’attribution des émissions de carbone aux clients individuels.

L’un des avantages du cloud computing par rapport à une infrastructure sur site est sa nature « plug-and-play ». Les clients achètent des services, pas des serveurs : ils n’ont pas à acheter de nouvelles machines, à les mettre à niveau ou à les gérer, de sorte que les tracas d’infrastructure sont réduits au minimum. C’est pratique, car les entreprises peuvent consacrer plus de temps à leur activité principale ; en revanche, cela signifie qu’elles perdent la visibilité de ce qu’elles obtiennent réellement.

Cette perte de visibilité affecte également les fournisseurs de cloud computing eux-mêmes, en raison de la nature distribuée du cloud. Les clients cloud achètent des services, et non des serveurs individuels : en raison du mode de fonctionnement des grands centres de données, leur charge de travail peut finir par être partagée entre plusieurs serveurs, ce qui rend son suivi beaucoup plus difficile. En outre, plusieurs couches de ressources partagées sont nécessaires pour coordonner tous les services offerts par les fournisseurs de services cloud : la réaffectation de ces ressources partagées aux clients individuels devient rapidement un énorme casse-tête.

4. Le prix que vous payez n’est pas un bon indicateur de vos émissions carbone

Les clients individuels peuvent perdre certaines informations sur ce qu’ils obtiennent, mais ce qu’ils savent, c’est le prix qu’ils paient pour leur service

Le prix ne reflète pas correctement la consommation d’énergie

Pour connaître les émissions carbone générées par un service cloud, deux informations majeures sont nécessaires : l’énergie utilisée et les équipements nécessaires. C’est la conclusion que l’on peut tirer d’une analyse du cycle de vie réalisée par Dell sur l’un de ses serveurs.

  • La moitié des émissions liées au cycle de vie d’un serveur sont générées au cours de son processus de fabrication, qui comprend l’extraction des matières premières et diverses transformations industrielles à forte intensité énergétique,
  • L’autre moitié est générée pendant son utilisation.

Cela dit, le prix ne nous donne qu’une pièce du puzzle. D’après nos recherches internes, les coûts d’électricité représentent une part étonnamment faible des coûts totaux : les CPU et GPU de niveau serveur coûtent cher à fabriquer, ce qui rend les coûts variables étonnamment bas.

En d’autres termes, dans le meilleur des cas, le prix payé pour les services cloud ne peut qu’aider à estimer la quantité d’équipements utilisés, mais il ne nous dit que très peu de choses sur les émissions pendant la phase d’utilisation

Le prix dépend d’autres facteurs externes

L’autre problème est que le système de tarification des fournisseurs de services cloud n’est pas simple pour l’utilisateur. Outre la couverture de leurs coûts de fonctionnement immédiats, les fournisseurs de services cloud peuvent également optimiser leurs prix en fonction de nombreux autres facteurs, notamment le type de service utilisé ou l’heure de la journée.

Les utilisateurs dont les flux de travail sont prévisibles sont également fortement incités à réserver des instances de cloud à l’avance : par exemple, dans Google Cloud, s’engager à utiliser la même instance pendant trois ans peut vous permettre de bénéficier d’une réduction de 50 % sur votre facture. Bien entendu, cela est logique pour les fournisseurs de services cloud d’un point de vue économique, car conserver un nombre excessif de serveurs inactifs « au cas où » serait très coûteux à long terme. Toutefois, cela signifie également qu’il est plus difficile pour le consommateur final de savoir exactement ce pour quoi il paie : au final, des coûts similaires peuvent résulter d’un large éventail de situations différentes, ce qui les rend inutilisables pour prévoir les émissions carbone.

5. Ce que les principaux fournisseurs de services cloud font à ce sujet

Au moment de la rédaction de cet article (mars 2022), tous les grands fournisseurs de services cloud ont commencé à communiquer avec leurs clients sur leur empreinte carbone, mais avec des méthodes et des intentions différentes.

Microsoft Azure a mis en place un calculateur d’empreinte carbone il y a plus de deux ans, mais tous les clients n’y ont pas accès : il semble qu’il ne soit disponible que pour les utilisateurs de Power BI Pro. Bien que les chiffres présentés par Azure puissent être utilisés pour l’établissement de rapports (les calculs internes suivent la même structure que le protocole sur les GES), l’objectif principal de ce calculateur est en fait de communiquer sur les émissions évitées par Azure.

Photo prise sur la page Web Microsoft AppSource. Les informations sur les émissions « sauvegardées » apparaissent en plein milieu de l’interface.

Amazon est un retardataire dans ce domaine. Son outil de calcul de l’empreinte carbone des clients a été annoncé en décembre 2021 et il vient d’entrer en production: ce calculateur devrait désormais être disponible pour tous les clients AWS, gratuitement. Cependant, d’après leur présentation, il semble que leur communication ait globalement le même objectif qu’Azure, à savoir mettre l’accent sur les émissions  » économisées  » par rapport à une infrastructure sur site.

Capture d’écran de la communication d’Amazon.

Notez qu’Azure et Amazon communiquent tous deux sur les émissions basées sur le marché, ce qui leur permet de tirer parti de leurs achats d’électricité verte. Ce choix méthodologique leur permet de paraître encore plus compétitifs par rapport aux serveurs moyens sur site, qui utilisent le réseau électrique local.

D’autre part, selon son document méthodologique, Google applique la méthode de déclaration basée sur la localisation, de sorte que ses émissions déclarées liées à la consommation d’électricité sont basées sur le réseau électrique local. Leur interface est également beaucoup plus discrète : ils communiquent simplement sur les gaz à effet de serre émis, et non sur les émissions évitées.

Source: Fast Company, Google Cloud wants to help your company go green.

Malgré cela, les émissions déclarées par Google ne sont pas tout à fait complètes : contrairement à Azure, le rapport exclut les émissions de fabrication des équipements des centres de données, qui peuvent représenter jusqu’à la moitié des émissions totales causées par le cloud computing.

Parmi les autres fournisseurs de services de cloud, nous souhaitons distinguer OVH pour la transparence de ses rapports. Les clients qui souhaitent connaître leur empreinte carbone peuvent demander un rapport qui inclut l’électricité consommée par les centres de données, les émissions intégrées des serveurs cloud, ainsi que les émissions émises par les employés qui travaillent chez OVH. Le rapport comprend également des informations sur la consommation d’eau.

Émissions Scope 1 Émissions  Scope 2 (basées sur la localisation) Émissions des serveurs (de la fabrication à la commercialisation) Émissions des employés Empreinte carbone disponible pour tous les clients
AWS

(basées sur le marché)

Azure

(basées sur le marché)

❌ (utilisateurs Power BI Pro)
Google Cloud
OVH

✅ (Processus manuel)

Tableau 1: comparaison des principaux fournisseurs de cloud sur leurs outils de calcul d’empreinte carbone

Conclusion

Toutes choses égales par ailleurs, le cloud est nettement plus économe en énergie qu’une infrastructure sur site: c’est l’une des principales raisons pour lesquelles la consommation d’énergie des centres de données est restée stable au cours des dix dernières années, même si la charge de travail a été multipliée par huit dans l’intervalle.

Cela dit, « stable » n’est pas tout à fait suffisant : pour atteindre l’objectif de température de 1,5 °C fixé dans l’accord de Paris, les émissions mondiales doivent diminuer de 7,6 % chaque année. En fin de compte, le cloud pourrait être une autre application de l’effet rebond: les nouvelles technologies qui permettent une utilisation plus efficace des ressources créent également de nouveaux cas d’utilisation, de sorte que l’effet global peut être neutre, voire pire.

Notes

[1] GreenIT.fr, 2019. The environmental footprint of the digital world. p.12. Disponible ici: https://www.greenit.fr/wp-content/uploads/2019/11/GREENIT_EENM_etude_EN_accessible.pdf

[2] Cet article se positionne comme un utilisateur qui souhaiterait estimer les émissions associées à un achat de services cloud: dans le GHG Protocol, les émissions correspondantes seraient classées dans la catégorie 3-1 « Achat de biens et services ». C’est pour cette raison que l’analyse est faite sur les scopes 1, 2 et 3 amont des fournisseurs de services cloud.