# Fiche ADS - Infrastructures numériques (DC + réseaux)

`4 pages maximum`

## Introduction

Qu'est-ce qu'on nomme infrastructures numériques ?

Les centres de données (et ou est-ce qu'on met du cloud privé/public) :
* On prem
* Coloc
* Hyperscaler
* HPC

Les réseaux :
* Core / Agreg
* Accès fixe (ADSL / VDSL / fibre)
* Accès mobile (2G/3G/4G/5G)

Comment se répartissent leurs impacts ? Recap etude ADEME/ARCEP ?

En France, quelles sont les limites de l'évaluation (Encart d'Eric Fourboul sur l'approche production/consommation)

## Les centres de données
### Comment on estime l'impact environnemental des équipements informatiques

Les tenants de l'approche multicritères pour les serveurs, switchs, etc

### Comment la consommation électrique des centres de données est estimée ?

Les tendances actuelles et futures de la consommation énergétique mondiale des centres de données font l'objet d'un débat permanent, notamment sur le lien entre l'augmentation observée et attendue du trafic de données et l'augmentation de la consommation d'énergie des centres de données. Des travaux récents de Masanet et al. estiment la consommation mondiale d'énergie des centres de données à 205 TWh en 2018, ce qui représente une augmentation modeste de 6 % par rapport à 2010, malgré un trafic de données multiplié par dix. En revanche, sur la base de jeux de données de l'industrie européenne et allemande des centres de données, Hintemann et Hinterholzer ont estimé la consommation mondiale des centres de données à environ 400 TWh en 2020. La différence entre ces deux estimations peut s'expliquer par le nombre estimé de centres de données hyperscale (qui sont particulièrement efficaces) et d'autres hypothèses sur l'efficacité des centres de données. Aujourd'hui, l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) estime que la consommation d'énergie des centres de données en 2021 se situe entre 220 et 320 TWh, soit une augmentation de 10 à 60% depuis 2015. Il est important de noter que ces estimations ne concernent que la consommation d'électricité et les émissions de carbone correspondantes. et ne tiennent pas compte de l'ensemble des impacts du cycle de vie. Ainsi, si la consommation électrique des centres de données ne suit pas l'évolution du trafic de données, leur consommation augmente dans tous les cas du fait de l'augmentation rapide des capacités de calcul et de stockage, et ce, malgré le remplacement d'installations plus anciennes et peu efficaces.

### Comprendre les affirmations de neutralité carbone des opérateurs de centres de données

De nombreux opérateurs de centres de données affirment aujourd'hui être neutres en carbone. Cela signifirait que quelque soit la consommation d'électricié présente et future du secteur cela n'aurait pas d'impact. Il est nécessaire de rappeler qu'une entreprise ou une organisation ne peut pas être neutre en carbone car une telle neutralité ne peut seulement être atteinte au niveau des économies nationales et de leurs interdépendances internationales. Il y a deux moyens fondamentaux pour ces entreprises de réduire leur empreinte carbone, soit elles achètent des compensations carbone pour absorder thoériquement les émissions liées à leur activité. La viabilité de tels programmes ne sera pas discutée ici. Soit, elles essayent de réduire l'intensité carbone de leurs sources d'énergie.

Il existe plusieurs façons pour un opérateur de centres de données de réduire cette intensité carbone : l'achat de certificats d'énergie renouveable (REC pour Renewable Energy Certificate), des accord d'achat de puissance (PPA pour Power Purchase Agreement) ou de disposer de sa propre production d'énergie (aussi nous parlons surtout d'électricité). Lorsqu'un fournisseur produit un mégawattheure (1MWh) d'énergie renouvelable, il reçoit un REC. Si quelqu'un utilise cette énergie, il peut retirer ce REC et ajouter ce 1MWh à son total d'énergie verte. Ces REC peuvent être vendus en étant dissociés de l'endroit et du moment où l'énergie est consommée ("unbundled REC"), de sorte qu'un client peut acheter un REC associé à 1 MWh consommé sur un autre réseau dans l'année. Cette pratique dissocie la production et la consommation à la fois dans l'espace et dans le temps, réduit la certitude des revenus pour les projets d'énergie propre et crée un lien plus ténu entre les acheteurs et l'énergie propre qu'ils prétendent consommer. Ainsi, les REC sont généralement considérés comme de mauvaise qualité.

De ce fait, les accords d'achat de puissance (PPA) sont devenus plébiscités par les géants du numérique. Un PPA peut prendre plusieurs formes, il peut être direct : dans ce cas un acheteur s’engage sur plusieurs années (10 à 20 ans) auprès d’un producteur à acheter l’électricité physiquement fournie à ses installations. C’est le type de PPA à privilégier pour que les affirmations d’alimentation en énergies renouvelables soient crédibles. Mais il y a aussi des PPA “virtuels” ou “financiers” qui ne sont pas liés à la livraison physique d’électricité. Dans ce cas, un acheteur s’engage à investir dans la construction d’une centrale d’énergie renouvelable (solaire / vent) et d’acheter de l’électricité future à un certain tarif quand la centrale est en route. Toutefois, ces PPAs virtuels permettent de soustraire comptablement du carbone de leur bilan avant même que les centrales soient construites. Aujourd’hui les GAFAM sont les plus gros acheteurs du monde en PPAs (direct ou virtuel) et façon globale le secteur des TIC représente plus de la moitié des PPAs de 2009 à 2019.

La dernière option est ce qui est nommé 24/7, cela consiste à s'assurer que sa consommation d'électricté est assurée à l'heure près par une génération d'électricité bas carbone équivalente dans le même réseau électrique ou au moins la même région. Aujourd'hui, un grand nombre d'entreprises essayent de se détacher des REC pour aller vers des PPA mais visent à long-terme des projets 24/7.

Ainsi, lorsqu'une grande entreprise numérique communique sur son empreinte carbone en "location-based", cela veut dire qu'elle calcule son empreinte à partir de l'intensité carbone réelle de la consommation électrique de ses activités. Si elle communique en "market-based", alors l'entreprise communique son empreinte carbone en soustrayant les REC, PPA et compensations carbone de son empreinte. Le tableau ci-dessous récapitule les différences entre l'empreinte carbone "location-based" et "market-based" des GAFAM.


### L'impact territorial des centres de données

#### Puissance électrique
Revenir sur la pression sur les réservations des opérateurs et les enjeux pour les collectivités, Enedis, RTE (prendre l'exemple de Marseille)

#### Consommation d'eau

Revenir sur les pressions d'accès et d'usage de l'eau notamment dans l'Ouest américain et potenitellement dans un futur proche pour la France

La consommation d'eau et le stress hydrique ont été identifiés comme un problème majeur pour l'industrie des centres de données.

## Les réseaux
### Comment on estime l'impact environnemental des équipements réseaux

Les tenants de l'approche multicritères pour les stations de base, centres, etc

Comme pour les centres de données, les études sur les réseaux se concentrent généralement sur la consommation d'électricité, car la phase d'utilisation représente une part importante de leur empreinte carbone (environ 80 %). Malmodin et Lundén ont évalué l'empreinte carbone des réseaux TIC à 169 MtCO2e et 242 TWh en 2015. En synthétisant la plupart des études disponibles sur le sujet, Coroama estime cette consommation à 340 TWh en 2020. Il souligne le manque de cohérence des résultats disponibles, par exemple un facteur de divergence de 5-26 entre les études ascendantes (bottom-up) et descendantes (top-down). Aujourd'hui, l'Agence internationale de l'énergie estime la consommation énergétique des réseaux en 2021 entre 260 et 340 TWh, soit une augmentation de 20 à 60% depuis 2015.

À l'échelle européenne, Lundén et al. ont estimé la consommation globale d'électricité et les émissions de carbone opérationnelles des opérateurs de télécommunications européens (y compris le Royaume-Uni) jusqu'à 38 TWh et 14 MtCO2e en 2018. Toutefois, ces études ne tiennent pas compte des effets de la fabrication, qui restent à mieux comprendre. Par exemple, l'empreinte carbone des 700 000 stations de base 5G installées en Chine a été estimée à environ 17±5 MtCO2e en 2020 (9,8 MtCO2e pour la phase d'utilisation uniquement), en tenant compte de la fabrication, du transport, de la construction et de l'utilisation. Il semble donc que ces impacts sont clairement significatifs et doivent être étudier de plus près.

### La question de la 5G

Est-ce qu'on revient brièvement sur les enjeux environnementaux liés au déploiement de la 5G ?

### À compléter par les spécialistes des réseaux

## Perspectives

Quelles sont les tendances qui peuvent avoir de l'impact sur l'empreinte future des centres de données (edge, fog, crise éner / financière) et des réseaux (6G) ? À relier à des usages ?

Quelles sont les orientations qui peuvent permettre de stabiliser l'empreinte et de préparer ces infrastructures à des contraintes plus fortes et/ou à plus d'instabilité

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E. Masanet, A. Shehabi, N. Lei, S. Smith, and J. Koomey, “Recalibrating global data center energy-use estimates,”
Science, vol. 367, no. 6481, pp. 984–986, 2020.

R. Hintemann and S. Hinterholzer, “Energy consumption of data centers worldwide,” Business, Computer Science
(ICT4S), 2019.

IEA, “Data Centres and Data Transmission Networks – Analysis,” 2023, https://www.iea.org/reports/data-centres-and-data-transmission-networks (accessed March 2023).

J. Malmodin and D. Lunden, “The electricity consumption and operational carbon emissions of ict network operators 2010-2015,” 2018.

V. Coroama, “Investigating the inconsistencies among energy and energy intensity estimates of the internet. metrics and harmonising values,” Bern, Switzerland, Tech. Rep., 2021.

Y. Ding, H. Duan, M. Xie, R. Mao, J. Wang, and W. Zhang, “Carbon emissions and mitigation potentials of 5G base station in china,” Resources, Conservation and Recycling, vol. 182, p. 106339, 2022.

D. Lundén, J. Malmodin, P. Bergmark, and N. L ̈ovehagen, “Electricity consumption and operational carbon emissions of european telecom network operators,” Sustainability, vol. 14, no. 5, p. 2637, 2022.

D. Mytton, “Data centre water consumption,” npj Clean Water, vol. 4, no. 1, pp. 1–6, 2021.

M. A. B. Siddik, A. Shehabi, and L. Marston, “The environmental footprint of data centers in the united states,” Environmental Research Letters, vol. 16, no. 6, p. 064017, 2021.

Peter Judge, "We must move on from RECs", Data Center Dynamics, 2023, https://www.datacenterdynamics.com/en/opinions/we-must-move-on-from-recs/ (accessed March 2023).