Pour que les Datacenters puissent être des leviers de la transition écologique, il existe plusieurs conditions pour réduire les consommations et limiter les impacts environnementaux (28).
La récupération et la valorisation de la chaleur fatale issue de l’industrie constituent un potentiel d’économies d’énergie à exploiter. Lors du fonctionnement d’un procédé de production ou de transformation, l’énergie thermique produite n’est pas utilisée en totalité. Une partie de la chaleur est inévitablement rejetée. C’est en raison de ce caractère inéluctable qu’on parle de « chaleur fatale », couramment appelée aussi « chaleur perdue ».
Les Datacenters ne sont alimentés que par le mix énergétique des pays où ils sont implantés. En France, en 2012, 22,5% de l’électricité consommée provient de sources renouvelables (RTE, Bilan électrique français 2021). Certains opérateurs de Datacenters choisissent même de s’approvisionner intégralement en énergies renouvelables, en souscrivant des contrats spécifiques auprès de leurs fournisseurs d’énergie.
L’unité de traitement d’un serveur est responsable à elle seule de plus de la moitié de sa consommation. Les processeurs employés sont de plus en plus éco performants, tandis que les architectures multicoeurs autorisent davantage de traitements en utilisant moins de puissance électrique.
RÉCUPÉRATION DE LA CHALEUR FATALE
Au-delà d’une valorisation thermique, la chaleur récupérée peut aussi être transformée en
électricité, pour un usage interne ou externe :
électricité, pour un usage interne ou externe :
- Une valorisation en interne, pour répondre à des besoins de chaleur propres à l’entreprise ;
- Une valorisation en externe, pour répondre à des besoins de chaleur d’autres entreprises,
La chaleur fatale constitue un potentiel d’économie d’énergie à exploiter. Elle permet d’augmenter les performances énergétiques des sites, et de réduire les impacts environnementaux qui leurs sont associés. Ainsi, l’ADEME (29) identifie trois types de rejets de chaleur (liquides, gazeux et diffus) et différents niveaux de température pour ces rejets.
Ces typologies de chaleur présentent des contraintes et capacités de réutilisations différentes. Dans le Datacenter, les rejets de chaleur fatale sont de type liquide et gazeux, pour des températures toujours inférieures à 60°C.
Certaines entreprises françaises sont à l’initiative de solutions de serveurs décentralisés, qui permettent la valorisation directe de la chaleur générée au sein de bâtiments tertiaires, notamment :
- QARNOT : « radiateurs numériques » pour chauffer des bâtiments tertiaires
- STIMERGY, TRESORIO : « chaudières numériques » pour alimenter en eau chaude des bâtiments tertiaires.
L’ADEME, dans son étude sur la récupération de chaleur, a estimé la quantité de chaleur fatale issue des Datacenters d’hébergement.
Ainsi, 3,6 TWh de chaleur fatale sont produits par les Datacenters. À titre de comparaison, la consommation de combustibles en 2013 dans l’industrie était de 315 TWh. La chaleur fatale des Datacenters représente donc environ 1% de la consommation de combustibles de l’industrie française.
Actuellement, il n’existe aucune obligation légale de récupérer la chaleur fatale des Datacenters. La démarche est uniquement volontaire, mais la loi de Finance 2021 y incite fortement. Ainsi depuis peu, la chaleur résiduelle des centres de données commence à être traitée comme une « énergie renouvelable » à part entière. Ainsi l’ADEME encourage l’utilisation des énergies renouvelables et de récupération, et accompagne les entreprises dans leurs projets de récupération par l’octroi de
financement dans le cadre du Fonds Chaleur (30).
financement dans le cadre du Fonds Chaleur (30).
Les réalisations restent aujourd’hui peu nombreuses, notamment en raison des freins suivants :
- Problématique d’adéquation entre la chaleur récupérée depuis le Datacenter et le besoin des consommateurs de chaleur, en termes de niveau de température, de saisonnalité et de puissance thermique ;
- Problématique de rentabilité : les économies financières générées par la récupération de chaleur peuvent ne pas suffire à compenser les investissements nécessaires pour la mise en place de récupération de chaleur, notamment lorsque le coût de l’énergie utilisée en base est relativement faible ;
- Pour une valorisation externe, un contrat est à mettre en place entre le gestionnaire du Datacenter et les utilisateurs finaux / exploitant d’un réseau de chaleur. Par ailleurs, cela nécessite un réseau de chaleur à proximité, qui n’existe pas au préalable ;
- Le système de refroidissement du Datacenter doit être compatible avec la solution devalorisation de la chaleur fatale, en particulier pour les réseaux à haute température.
UN MIX ÉNERGÉTIQUE DE PLUS EN PLUS RENOUVELABLE
En étudiant six projets de R&D co-financés par la Commission européenne (31), on peut se rendre compte de la volonté de réduire les consommations énergétiques des Datacenters de 30% et porter leur alimentation en énergies renouvelables à 80% d’ici à 2030. Plusieurs entreprises et centres de recherche français pilotent ou participent à ces projets de recherche.
Cela conforte un objectif de fédérer des Datacenters au niveau régional, et de les intégrer aux schémas énergétiques locaux, à la fois pour optimiser l’utilisation des énergies renouvelables, en régulant la demande (par le biais de contrats négociés avec les utilisateurs de données sur le niveau de service requis à un moment donné), et pour faciliter la valorisation de la chaleur produite pour des usages voisins. Grâce à des contrats entre fournisseurs d’énergie, opérateurs de Datacenters et clients utilisateurs, les données seront transférées vers le Datacenter le plus approvisionné en énergies renouvelables à un moment donné.
Nous vous invitons à retrouver dans le chapitre 7 l’exemple du Datacenter de l’éco-quartier de Nanterre Coeur Université, alimenté à plus de 60% par des énergies renouvelables (biomasse, aérothermie, photovoltaïque, eaux usées, géothermie).
Un appareil en veille consomme toujours une fraction non négligeable de sa puissance maximale, environ 30 à 40 % pour un serveur classique.
LES CONSOMMATIONS CACHÉES
D’après l’Uptime Institute, 30 % des serveurs mondiaux sont inutilisés et consomment de l’électricité en pure perte. Ce bilan est sans impact sur le PUE, mais a un fort impact sur la consommation d’électricité en absolu, et sur les impacts carbone associés. L’un des remèdes consiste à répartir la charge sur plusieurs ordinateurs fonctionnant en parallèle comme une seule machine. De même, augmenter le nombre de centres travaillant de concert améliore mécaniquement la puissance de calcul et évite d’avoir à construire des sites spécialisés pour chaque usage.
Dans l’industrie, nombreux sont les exemples de serveurs et de baies de stockage déployés dans tous les sens pour une même application, et ce sans aucun souci d’efficacité. La virtualisation met fin à cette situation : une plate-forme commune agrège les serveurs et les équipements de stockage tout en maintenant la distinction entre systèmes d’exploitation, applications, données et utilisateurs.
VIRTUALISATION DU TRAITEMENT ET DU STOCKAGE
La plupart des applications tournent sur des « machines virtuelles » indépendantes mais qui, en arrière-plan, partagent le même matériel. Pour les Datacenters, la virtualisation dope l’utilisation du matériel et se traduit par une diminution du nombre de serveurs et de disques de stockage inutilisés. Le taux d’activité des serveurs peut alors atteindre 50 à 60 %.
CHARGE IT
D’autres solutions permettent également de réduire la consommation des processeurs. Ces derniers disposent souvent de fonctionnalités de gestion de la puissance, qui optimisent la consommation en adaptant automatiquement la tension et la fréquence aux besoins de performance, et réduisent ainsi le gaspillage d’énergie.
L’exploitant du Datacenter peut ainsi alléger sa facture électrique sans rogner sur la capacité de traitement.
Néanmoins, un hébergeur neutre n’est pas décisionnaire sur le choix et le mode de fonctionnement des équipements informatiques. Ce type d’actions appartient donc le cas échéant au client du Datacenter.
Les équipements informatiques hébergés dans le Datacenter représentent le premier poste de consommation d’électricité des Datacenters. Afin d’agir sur ce point, il est essentiel de bien dimensionner ses besoins informatiques. Les serveurs, équipements réseaux et équipements de stockage consomment de l’énergie 24/7. Un suivi optimal est assuré par l’intégration de critères
d’efficacité énergétique dans le choix des équipements, le dimensionnement des infrastructures informatiques et la virtualisation, qui permet de mutualiser les ressources.
LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE DE LA PARTIE INFORMATIQUE
d’efficacité énergétique dans le choix des équipements, le dimensionnement des infrastructures informatiques et la virtualisation, qui permet de mutualiser les ressources.
Au niveau des équipementiers, la tendance est de proposer des équipements de plus en plus tolérants aux températures élevées, ce qui permet d’augmenter la température en salle informatique des Datacenters et d’optimiser leur empreinte physique au sol. Par conséquent, les consommations d’énergie sont réduites.
LE REFROIDISSEMENT
Les consommations relatives aux systèmes de refroidissement d’un Datacenter représentent entre un et deux tiers de sa facture énergétique. Des bonnes pratiques sont déjà en place et permettent souvent de réduire les consommations.On distingue deux grands principes de refroidissement couramment utilisés :
Le refroidissement à air
Le refroidissement classique par air a fait ses preuves en environnement contrôlé et sécurisé pour des densités de puissance de 2 à 3 kW, et jusqu’à 25 kW par baie.Néanmoins, pour les nouvelles architectures visant une densité supérieure à 30-50 kW, cette technologie atteint ses limites. D’autres solutions intéressantes existent, comme le free cooling, l’une de ses variantes, qui consiste à produire du froid par absorption.
Le free cooling consiste à utiliser l’environnement extérieur du Datacenter comme source d’air frais. L’air froid est directement injecté dans le circuit d’air de refroidissement des équipements informatiques.
Le refroidissement par un liquide
Le principe du refroidissement liquide est d’immerger directement le matériel informatique dans un liquide non conducteur. La chaleur est ainsi transférée directement et efficacement au fluide, réduisant ainsi le besoin de refroidissement. Ces améliorations augmentent l’efficacité énergétique, favorisent la récupération de chaleur (niveau de température de la chaleur récupérée, supérieur au refroidissement par air), réduisent l’empreinte physique des serveurs et permettent des densités de conditionnement plus élevées.
Nous vous invitons à retrouver les grands principes et techniques de refroidissement sur l’annexe 3 : L’énergie thermique d’un Datacenter