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Les outils de mesure au service de l'écoconception

Auteurs et date

Introduction

ruban de mesure

Marta Longas - Pexels.com

La mesure est un des fondements de toute démarche scientifique pour comparer, analyser, quantifier et suivre des phénomènes. Dans une démarche d'écoconception de services numériques, mesurer est indispensable afin d'établir un état des lieux, de comparer des pratiques ou de valider l'impact positif des modifications apportées. C'est également un élément indispensable pour réaliser des analyses du cycle de vie1.

Il est cependant nécessaire de s'appuyer sur des unités de références universelles, reproductibles, uniformes, les plus exactes possible tout en étant pérennes dans le temps. Ce sont les grands principes de la métrologie2 , la science de la mesure.

En matière d'écoconception de service numérique il n'existe pas encore actuellement d'unité de mesure standardisée. La multitude et la complexité des architectures possibles, tout comme celle des indicateurs d'impacts environnementaux, font de cette standardisation un défi de taille. Cependant plusieurs initiatives de réalisation d'outils d'aide à l'écoconception ont émergé, sous différentes formes, afin d'accompagner les concepteurs dans une démarche vertueuse.

Nous vous proposons à travers cette fiche d'en aborder quelques-uns, afin de comprendre ce qu'ils mesurent réellement, leurs avantages mais aussi leurs limites.

EcoIndex

EcoIndex logo EcoIndex3 se présente sous la forme d'un site web proposant d'opérer l'analyse d'une page web. Le serveur hébergeant le site EcoIndex va naviguer sur la page en question, y collecter un certain nombre de métriques, et calculer un score (entre 0 et 100) représentatif de la performance environnementale de la page web. Plus la note est élevée, plus le site est réputé éco-conçu selon des critères de calcul décrits ci-après. Ce service est gratuit, l'objectif mis en avant par ses auteurs étant avant tout celui de sensibiliser le grand public aux impacts environnementaux du web.

A noter qu'au jour où cette fiche est écrite, le site ecoindex.fr précise qu'une nouvelle version est en cours de réalisation et sera probablement opérationnelle au moment où vous la lirez.

Le calcul de ce score est basé sur trois principaux paramètres techniques :

  1. le nombre d'éléments du DOM4, indicateur mis en avant par les auteurs comme révélateur de l'impact environnemental des terminaux
  2. la quantité de données reçues par le navigateur (en Ko), représentant l'impact environnemental des équipements réseau
  3. le nombre de requêtes HTTP effectuées au chargement de la page, correspondant au nombre d'accès à des serveurs dans des datacenters

Ainsi les trois aspects d'une architecture simplifiée classique d'un service web sont pris en compte : le terminal, le réseau et les datacenters.

Formule de calcul de l'EcoIndex

Afin de prendre en compte la disparité des mesures de ces trois indicateurs, on divise les données en intervalles contenant le même nombre de données, c'est ce qu'on appelle des quantiles. La valeur mesurée est ensuite positionnée dans l'un de ces quantiles (au nombre de 20 ici) en tenant compte de sa proximité avec les bornes inférieures et supérieures du quantile.

Exemple de calcul de quantile

Les bornes du 3ème quantile du DOM sont 75 (borne inférieure) et 159 (borne supérieure). Si on analyse une page web contenant 96 éléments dans son DOM, ce nombre sera placé dans ce 3ème quantile puisque 96 est plus grand que 75 mais plus petit que 159. Pour tenir compte de sa proximité avec les bornes du quantile, on ajoute à 3 le ratio \(\frac{(DOM - borneInf)}{(borneSup - borneInf)}\) , ici donc \(\frac{(96 - 75)}{(159 -7 5)} = 0,25\) . Donc dans cet exemple, \(Quantil(DOM) = 3,25\)

Ces 3 valeurs sont ensuite pondérées pour représenter la disparité des impacts de chacun de ces aspects sur l'environnement, avec :

* un facteur <b>3</b> pour le terminal
* un facteur <b>2</b> pour les datacenters
* un facteur <b>1</b> pour le réseau

\(EcoIndex =100 - \frac{5\times(3\times Quantil(DOM)+2\times Quantil(HTTP)+ Quantil(Ko))}{6}\)

Une fois ce score obtenu, il est classé par rapport à un référentiel d'autres valeurs collectées sur des sites précédemment analysés afin de lui attribuer un rang. Ceux-ci sont répartis sur une échelle de A à G. On obtient ainsi une indication comparative de performance de la page web par rapport aux autres pages testées.

Le calcul de l'EcoIndex ne se soustrait néanmoins pas à une réelle expertise en écoconception. D'une part, la formule elle-même est basée sur des hypothèses et des estimations, liée à l'état de l'art et à la maturité technologique actuelle. Ce score ne saurait être considéré comme exact ni pérenne dans le temps. En effet, la disparité de l'impact des différents aspects n'ont aucune raison de rester les mêmes, ainsi que les autres valeurs de la base EcoIndex qui a vocation à évoluer en même temps que les sites web. Ce calcul ne tient pas compte du type ou de la complexité des opérations réalisées dans le datacenter, uniquement du nombre de requêtes, ce qui n'est pas révélateur de son activité réelle. D'autre part il ne tient compte que du chargement initial de la page. Il est ainsi possible de diminuer fortement les trois valeurs (complexité du DOM, quantité de données échangées et appels HTTP) en chargeant initialement une page minimaliste, puis en permettant la mise à jour de fragments de pages en fonction des actions utilisateurs. Ces pratiques n'en sont pas pour autant moins impactantes pour l'environnement. Enfin, la comparaison entre plusieurs sites web n'a de sens que si ils remplissent des fonctions similaires. La multitude des types de sites existant, des fonctionnalités qu'ils proposent, de leur complexité et des données qu'ils mettent en œuvre peuvent aisément justifier de grandes différences de score EcoIndex entre deux sites qui n'ont aucun rapport fonctionnel.

Ce score a néanmoins plusieurs utilités :

  • dans le cadre d'un chantier d'amélioration de l'écoconception d'un service numérique, suivre l'évolution de ce score page par page permet de valider la progression du chantier. Il est par exemple possible d'intégrer ce calcul automatiquement dans la chaine de tests et de validation d'un logiciel, comme indicateur de suivi.
  • dans le cadre de la comparaison de deux services numériques rendant les mêmes fonctionnalités (par exemple une page d'article), il permet de faire un choix plus vertueux.

Mais comme tout indicateur, il peut être détourné si on profite des failles dans son mode de calcul. La compréhension de l'architecture et des technologies qui se cachent derrière la génération de la page reste indispensable dans une démarche d'écoconception.

Utiliser ce score pour comparer deux pages web rendant des services différents n'a par contre pas beaucoup de sens. La complexité du DOM peut par exemple très bien s'expliquer par la complexité des processus métiers implémentés sur la page. La quantité de données téléchargées est intrinsèquement liée à leur nature : une vidéo sera par exemple inévitablement plus lourde que du texte.

GreenIT-Analysis

Il existe également l'extension gratuite GreenIT-Analysis5 pour Chrome et Firefox qui effectue ce même calcul de l'EcoIndex directement au sein de votre navigateur. Elle évalue de plus la mise en œuvre de bonnes pratiques d'écoconception directement via l'analyse du code html et javascript reçu par le navigateur.

capture d'écran de greenItAnalysis

Capture d'écran de GreenIT-Analysis

Cette analyse est très utile pour les développeurs souhaitant valider leur démarche, leur permettant ainsi d'analyser et d'identifier des pistes d'amélioration.

Même si son utilisation est très simple, cet outil nécessite là encore une expertise en conception logicielle afin que les conclusions tirées aient du sens. Certaines bonnes pratiques peuvent ne pas être respectées pour de très bonnes raisons liées au contexte technique ou aux fonctionnalités mises en œuvre dans la page web.

Carbonalyser

L'extension de navigateur Carbonalyser 6 est disponible pour Firefox (et anciennement Chrome), mais également sous la forme d'une application mobile pour Android. Elle a été mise au point par des membres du Shift Project. Elle enregistre la quantité de données qui transite par le navigateur, et va appliquer une formule mathématique décrite dans ce rapport du Shift de 20187, c'est le modèle "1byte". Cette modélisation, pensée pour prendre en compte la consommation énergétique des trois tiers d'architecture de services numériques (terminaux, réseaux, datacenters), produit une estimation directe de la consommation énergétique liée à la navigation web. Le choix d'une zone géographique permet de multiplier cette consommation par le mix énergétique8 correspondant afin d'obtenir une estimation en émission de C02.

Cet indicateur permettant d'offrir une analyse sur toute une durée de navigation est intéressant pour plusieurs aspects :

  • il donne un ordre de grandeur permettant de matérialiser l'usage des services numériques
  • il favorise une comparaison rapide de sites intégrant des processus métiers dépassant la simple page web
  • il permet la comparaison de pratiques physiques et numériques : par exemple une visio-conférence versus une réunion en présentielle, ou toute autre numérisation d'activité

capture d'écran de carbonalyser Néanmoins le seul impact environnemental mis en avant ici est celui des émissions de CO2, via un calcul d'équivalence CO2, basé sur la consommation multipliée par le mix énergétique. Or les impacts environnementaux du numérique ne se limitent pas aux émissions de gaz à effet de serre en phase d'utilisation. L'épuisement des ressources naturelles, la consommation d'eau, la pollution des sols, l'acidification des milieux aquatiques, etc. sont d'autres problématiques associées à l'ensemble du cycle de vie d'un service, de la fabrication à la fin de vie des équipements qui lui permettent d'opérer. De plus, la production d'éléctricité nucléaire est largement avantagée dans la seule prise en compte des émissions de C02, sans considération des autres impacts environnementaux. Ceci rend le mix énergétique français largement favorable dans le cadre d'une comparaison avec une autre localisation dépendante de modes de production exploitant par exemple la combustion d'énergies fossiles (pétrole, fioul, gaz). Etant donné la mondialisation du web, quel est le sens de considérer qu'un site est moins polluant parce qu'il est visité depuis la France plutôt que depuis un autre pays ? Nos usages numériques ne doivent-il pas avant tout évoluer de manière systémique ?

Comme l'EcoIndex, ce calcul est basé sur des hypothèses : il s'appuie par exemple sur des moyennes de consommation énergétique de terminaux, ici d'ordinateurs portables et de smartphone. Il considère également que l'utilisateur est connecté au réseau par une connexion wifi sans prendre en compte les différences notoires entre une connexion ADSL et 4G voire 5G. Il ne tient pas non plus compte de la complexité des opérations réalisées dans le datacenter ni de l'efficience réelle de ces datacenters.

Vers d'autres outils de mesure

Ces initiatives sont indispensables pour sensibiliser et très utiles pour faire des comparaisons simplifiées et rapides de services numériques. Elles sont néanmoins limitées à ceux s'exécutant dans un navigateur, et reposent sur de nombreuses hypothèses et approximations.

Afin d'obtenir une mesure exacte et pérenne il est nécessaire de creuser plus en profondeur l'architecture des services numériques. Par exemple, l'idéal pour suivre leur consommation énergétique en phase d'utilisation serait de pouvoir disposer de wattmètres permettant la mesure sur chaque composant matériel et logiciel. Cependant l'architecture de plus en plus répartie des services numériques rend l'identification des équipements mis en œuvre dans leur utilisation de plus en plus complexe.

On commence néanmoins à voir émerger des initiatives comme Scaphandre9, une bibliothèque logicielle open source permettant un calcul précis de la consommation énergétique d'un service numérique dans un datacenter. Du côté des terminaux commencent à émerger des produits très précis comme Greenspector10 permettant une analyse fine des composants logiciels les plus gourmands dans une application ainsi qu'une estimation précise de leurs consommations énergétiques associées au terminal de consultation. C'est dans ce cadre qu'intervient également le projet Negaoctet11 qui travaille sur la mise en place d'une base de données complète permettant l'évaluation des impacts environnementaux des services numériques avec une approche cycle de vie et multicritères. Malheureusement les données produites ne seront pas intégralement publiques.

La production et le partage de données homogènes et issues de la mesure sont pourtant essentiels pour permettre, par exemple, la mise en place du référentiel d’affichage environnemental des services numériques nécessaire à la mise en application de la loi visant à informer les consommateurs sur l’impact environnemental de leurs consommations de données.

Un territoire inexploré

image de désert

Pixabay - Pexels.com

La mesure de l'impact d'un service numérique est un domaine dans lequel tout reste à construire, autant sur la standardisation des indicateurs d'impact environnemental que dans l'outillage permettant de mesurer les valeurs nécessaires.

En plus de l'amélioration des dispositifs de mesure existants, il faut également redoubler d'efforts sur la collecte et le référencement de données sur les phases de fabrication et de fin de vie des équipements, afin de pouvoir être plus juste dans leur intégration au sein des calculs liés à l'utilisation des services numériques.

Il est également nécessaire de pouvoir prendre en compte les impacts environnementaux liés à la conception des logiciels et à leur fin de vie. Combien d'équipements sont mis en œuvre dans la phase de conception ? Quelles sont les habitudes en matière de déplacement des équipes, quels sont les outils, les technologies et les pratiques de développement logiciel ? Que fera-t-on des données et de l'infrastructure nécessaires au fonctionnement du service au moment de sa fin de vie ? Quels sont les critères déclencheurs de sa fin de vie ? Autant de questions dont les réponses peuvent révéler des impacts environnementaux plus ou moins importants, et qui devraient être intégrés à toute mesure d'impact du service numérique, au même titre que ceux de la fabrication et de la fin de vie des équipements et terminaux sollicités dans la phase d'utilisation.

Contrairement à un bien de consommation classique, la phase de fabrication d'un logiciel ne s'arrête pas au début de sa phase d'utilisation. Les évolutions fonctionnelles, correctives, réglementaires, de sécurité sont fréquentes et nécessitent bien souvent de continuer à mobiliser une équipe technique pendant toute la phase d'utilisation de ce logiciel. C'est d'autant plus vrai pour une plateforme web qui doit nécessairement à minima évoluer au fil des changements de réglementation, des standards et de l'identification de failles de sécurité. Ainsi, l'impact environnemental de la conception d'un service numérique est bien souvent en constante augmentation, tout au long de sa durée de vie. Pourtant aucune donnée ni référentiel de mesure n'existe actuellement sur le sujet.

Enfin, les outils cités ici se focalisent essentiellement sur des mesures énergétiques, souvent traduites via des hypothèses en équivalent CO2. Il est nécessaire d'aller vers la création d'outils proposant des mesures précises des autres impacts, liés par exemple à l'épuisement des ressources naturelles, à l'acidification des milieux, à l'émission de particules fines ou à la consommation d'eau.

  1. L'Analyse du Cycle de Vie. Ademe. 2018. Disponible sur ademe.fr ↩

  2. La métrologie (wikipedia) ↩

  3. Le site EcoIndex ↩

  4. DOM (wikipedia) ↩

  5. Frédéric Bordage. Web : évaluez l’empreinte d’une page en un clic. GreenIt. 2019. Disponible sur greenit.fr ↩

  6. « Carbonalyser » : l’extension de navigateur qui révèle combien surfer sur le web coûte au climat. The shift project. Disponible sur theshiftproject.org [15/02/2022] ↩

  7. « Pour une sobriété numérique » : le nouveau rapport du Shift sur l’impact environnemental du numérique. The shift project. 2019. Disponible sur theshiftproject.org ↩

  8. Mix énergétique (wikipedia) ↩

  9. Scaphandre (github) ↩

  10. Site Greenspector ↩

  11. Site Negaoctet  ↩