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Qu'est-ce qu'un datacentre ?

Auteurs et date
  • Date de production de la fiche : 26/08/2021
  • Romaric DAVID, ingénieur de recherche, Université de Strasbourg

D'où viennent les besoins ?

En informatique, plusieurs types de matériels (équipements) sont mobilisés :

  • des équipements destinés à consulter des ressources, composer du texte, préparer des présentations, écrire des messages électroniques, par exemple sur des réseaux sociaux. Ces équipements sont dans nos poches ou sur nos bureaux. Ils sont en général peu encombrants et connectés au réseau. Ils sont occasionnellement allumés. Ces équipements sont appelés des terminaux.
  • à l'autre bout du réseau, des équipements qui manipulent des grands volumes de données -- images, sons, vidéos, informations bancaires --, encombrants et bruyants, allumés en permanence. Ces équipements sont appelés des serveurs.

Du fait de l'interconnexion massive des ordinateurs sur la planète et de nos besoins, l'échange de données s'intensifie dans le monde.

Bien que l'architecture du réseau Internet permette des échanges directs entre les ordinateurs, une très grande partie des applications que nous utilisons, utilisent des serveurs intermédiaires pour fonctionner. On parle d'architecture client (les terminaux) serveur.

Depuis de nombreuses années également, l'évolution de ces architectures a pris le nom d'informatique en nuage, ou cloud, qui revient à utiliser des serveurs situés à l'extérieur de son domicile, de son entreprise, pour stocker ses données et effectuer les traitements. De grands acteurs mondiaux, comme Google, Amazon, Facebook, Apple, proposent des services numériques de Cloud.

De fait, le nombre de serveurs dans le monde augmente considérablement. Entre 2016 et 2021, le nombre de ressources utilisées dans le cloud a triplé, ce qui se traduit par une hausse du matériel nécessaire (les serveurs « physiques »). Il est ainsi envisagé qu'entre 2020 et 2025, le nombre de serveurs physiques passe de 11.3 à 13 Millions, rien que dans les Datacentres européens. Enfin, d'après l'Ademe, il y a 45 Millions de serveurs dans le monde.

Compte tenu des caractéristiques des serveurs (consommation électrique, besoin de fonctionner dans un environnement plutôt froid ou tiède, bruit), il est nécessaire d'installer ces serveurs dans des locaux spécialisés, les datacentres (ou datacenter en anglais). Pour illustrer, 10 serveurs standard (500 watts chacun) consomment autant qu'un appartement de 40m2, dans 40 fois moins d'espace...

Photos de datacentres

Exemples de datacentres

Caractéristiques d'un datacentre

Un datacentre est un bâtiment comprenant des espaces techniques et des espaces informatiques. Dans les espaces techniques on trouvera :

  • des unités de climatisation, sous diverses formes, permettant de traiter la chaleur produite par les équipements informatiques
  • des tableaux de distribution électrique de forte puissance
  • des batteries associées à des onduleurs pour fournir le courant en cas de panne de courant du distributeur d'énergie (panne secteur)
  • des groupes électrogènes appelés aussi générateurs, qui sont de gros moteurs permettant de produire du courant électrique
  • des centrales de détection et d'extinction incendie
  • des mécanismes de régulation automatiques pour piloter l'ensemble

Pour assurer un taux de disponibilité élevé du datacentre, ces équipements sont souvent déployés en surnombre afin d’assurer une redondance en cas de panne. Par exemple, supposons qu'il faille associer la puissance de 4 unités de climatisation pour refroidir le datacentre, il est fort probable que 5 unités soient déployées pour fonctionner malgré la panne éventuelle d'une des 4 premières unités.

Il en va de même avec un grand nombre de composants.

Dans les zones informatiques, on trouvera :

  • des armoires informatiques, des meubles spécialisés permettant d'installer des équipements informatiques
  • un grand nombre -jusqu'à plusieurs milliers- de serveurs informatiques, de serveurs de stockage et d'équipements réseau
  • éventuellement des unités de distribution du froid produit dans les espaces techniques

Hormis les armoires, ces équipements sont généralement également redondés.

Les grands datacentres commerciaux mobilisent des surfaces de plusieurs milliers de m², par exemple en région parisienne, terre d’accueil de nombre d’entre eux4. Les puissances électriques estimées de ces sites peuvent atteindre 120 MW, soit l'équivalent de 20000 logements.

Aussi, l'implantation d'un datacentre doit s'étudier au regard de la capacité des réseaux de transport d'énergie et des besoins d'infrastructure associée (desserte routière).

Outre la consommation électrique, ces datacentres constituent une source de bruit pour les riverains. Le bruit est lié aux installations techniques et informatiques.

Impacts environnementaux des datacentres

Origine des impacts

Les impacts environnementaux du datacentre sont liés à la consommation électrique des équipements techniques et informatiques qui y sont installés.

En 2015, le numérique représentait 4% des émissions mondiales de gaz à effet de serre, là où l'aviation en représentait 2.5%5. Parmi ces 4%, 25% sont liés au datacentre3.

La consommation électrique des datacentres représente environ 3% de la consommation mondiale. Pour diminuer cette consommation, on essaye de limiter la surconsommation liée en particulier au refroidissement nécessaire aux serveurs. En effet, la consommation électrique totale (Pt) d'un datacentre provient :

  • d'une partie utile, correspondant à la consommation des équipements informatiques (serveurs, stockage et réseau) (P_IT),
  • d'une partie liée au refroidissement, au fonctionnement des onduleurs, des générateurs. On cherche à réduire cette composante, appelée P_Facilities dans la suite.

Pour mesurer l'efficacité d'un datacentre, on utilise très souvent un indicateur appelé Power Usage Effectiveness (PUE), défini par :

PUE = (P_IT + P_Facilities) / P_IT

Le PUE est ainsi toujours supérieur à 1. Le meilleur PUE possible est 1, ce qui siginifie que toute la puissance électrique consommée par l'ensemble du datacentre est utilisée par les serveurs. Un PUE de 2 signifie qu'il y a autant de puissance électrique consommée par la climatisation que par les serveurs. De nos jours, un bon PUE est inférieur à 1.5, voire proche de 1.2.

Le PUE a par contre ses limites, en effet, la puissance consommée par les serveurs varie au cours du temps. Aussi, dans un datacentre, augmenter la puissance informatique peut permettre d'abaisser le PUE, sans que des efforts aient été entrepris pour limiter la consommation des installations techniques (Pfacilities).

Réduire les impacts environnementaux des datacentres

Un bon moyen de réduire les impacts environnementaux est de réduire la consommation énergétique du datacentre, aussi bien la composante informatique que la composante liée aux installations techniques. Pour cela, il existe un grand nombre de bonnes pratiques. Ces bonnes pratiques sont référencées dans un document édité et maintenu par la commission européenne, le Code de Conduite Européen sur l'efficacité énergétique pour les datacentres6. Ce document mentionne environ 200 bonnes pratiques, qui vont de l'utilisation des serveurs à l'aménagement des salles informatiques. Ce document est mis à jour par un collège d'experts associant des représentants du monde public et d'industriels privés.

Participer au code de conduite revient à faire expertiser un audit interne par la commission européenne, et procéder à une mise à jour annuelle des données de consommation. L'audit interne est très rigoureux. Ainsi, la reconnaissance de participant au code de conduite, pour un opérateur de datacentre, est un gage de qualité et de prise en compte des aspects environnementaux.

Un des aspects principaux de la réduction des impacts environnementaux des datacentres est la ré-utilisation de la chaleur.

Que de chaleur !

Inévitablement, l'activité des serveurs informatiques génère de la chaleur. Il existe des méthodes d'organisation de datacentre (confinement d'allées, séparation des flux d'air, etc...) pour augmenter l'efficacité de la dissipation de la chaleur des serveurs. Néanmoins, il reste une partie de cette chaleur qui doit être expulsée du datacentre, dans l'air ou l'eau ambiante. Cette chaleur contribue au réchauffement de l'environnement du datacentre. L'idéal est de la ré-utiliser pour des bâtiments ou des services à proximité du datacentre, par l'interconnexion de réseaux de chaleur, vers des habitations ou des piscines. L'efficacité énergétique de cette opération est d'autant plus élevée que les consommateurs sont situés à proximité du datacentre.

Évolutions des datacentres

À ce jour on constate l'implantation de grands datacentres, qui concentrent besoin d'énergie et dégagement de chaleur important. Néanmoins, afin d'améliorer les temps de traitement (pré traitement conduisant à des réductions de volume de données) en réduisant la durée de transit dans les réseaux, une tendance est d'installer des datacentres plus petits (appelés Edge datacenter) de manière disséminée sur le territoire. Ces datacentres permettent d'effectuer des pré-traitements sur des données, par exemple en lien avec les objets connectés ou les véhicules autonomes. Ces Edge Datacenters peuvent par la suite s'appuyer sur des datacentres plus importants.

La problématique de récupération de la chaleur reste entière. Certaines sociétés proposent des ordinateurs intégrés dans des radiateurs que l'on peut déployer à domicile.

Sources


  1. Energy-efficient Cloud Computing Technologies and Policies for an Eco-friendly Cloud Market, Commission européenne, 2020 

  2. Cécile Diguet et Fanny Lopez (dir.). L'impact spatial et énergétique des data centers sur les territoires, Rapport Ademe, 2019. 

  3. Ademe, la Face cachée du Numérique, édition 2019. 

  4. Site france-datacenter.fr. https://www.france-datacenter.fr [02/09/2021] 

  5. CO2 is in the air, Cinq Mythes sur le rôle du transport aérien dans les changements climatiques, Réseau action climat, 2015. Disponible sur le reseauactionclimat.org 

  6. Code of Conduct for Energy Efficiency in Data Centres. https://ec.europa.eu/jrc/en/energy-efficiency/code-conduct/datacentres [02/09/2021]