ecoinfo.cnrs · • Sur « l’amélioration » des communications • Sur « l’amélioration »...

Numérique et environnement Françoise BERTHOUD

Francoise.Berthoud@grenoble.cnrs.fr

Laurent Lefevre

Laurent.lefevre@inria.fr

ecoinfo.cnrs.fr

Environnement

• Dérèglement climatique

• Pollution (eau, air, sols)

• Gaspillage de ressources non renouvelables

Impacts sur la santé humaine (physique, mentale) Impacts sur l’effondrement de la biodiversité

On ne parlera pas .. • Des bénéfices du numérique sur le confort personnel, sur la santé • Sur « l’amélioration » des communications • Sur « l’amélioration » de notre efficacité • … de la sécurité • … des progrès de la réalité virtuelle

• Etc etc ..

Parce que de toute façon, pour l’essentiel des humain les priorités seront tout autres sur une planète avec +5°C, sans pollinisateurs etc.

Que sait-on des évaluations

environnementales ?

1

Eval. Env.

Effet TIC en tant que solution TIC en tant que problème

1er ordre

Utiliser directement pour traiter de (relative à

Cycle de vie des TIC : Production, Utilisation, Fin de vie

2ème ordre

Effets Effets de substitution

Effets induits : sur-consommation matériels ou services

3ème ordre

Profond changement structurel vers une économie dématérialisée

Effets rebond (liés à un gain en consommation de ressources énergie ou matériaux)

• Directs

• indirects

• macroéconomiques

Source : « ICT for sustainability : an emerging research field », 2014, Lorenz Hilty & Bernard Aebischer

1

Eval. Env.

Consommation d’énergie primaire

•Consommation des ressources énergétiques

Changement climatique

•Émission de gaz à effet de serre

6

1

Eval. Env.

Prise en compte : fabrication, utilisation du PC ; DC ; etc. (éléments précisés)

http://www.carbone4.com/fr/nos-initiatives/facture-papier-ou-%C3%A9lectronique

1

Eval. Env.

Consommation d’énergie primaire

•Consommation des ressources énergétiques

Changement climatique

•Émission de gaz à effet de serre

Destruction de la couche d’ozone

•Dommages causés à la couche d’ozone

Toxicité humaine •Émissions dans l’air, l’eau et le sol de substances toxiques présentant un risque potentiel pour l’homme

Ecotoxicité aquatique •Émissions dans l’air, l’eau et le sol de substances toxiques présentant un risque potentiel pour la faune et la flore aquatique

Déplétion des métaux

. épuisement des métaux en provenance de la croute terrestre

Consommation d’eau

•Consommation d’eau tout au long du cycle de vie 8

1

Eval. Env.

1

Eval. Env.

1

Eval. Env.

0

100

200

300

400

500

600

Ordinateur portable Smartphone Téléviseur connecté

Usage

Fabrication

Emis

sio

ns

GES

(kg

eq

CO

2) 5 ans

2 ans

5 ans Fabrication en Chine, Usage en France, hors internet

1

Eval. Env.

Conclusion Eval. Env.

• Importance de prendre en compte les bénéfices et effets négatifs directs, indirects et rebond

• Importance d’adopter une approche multi-indicateurs et de prendre en compte tout le cycle de vie des produits/services

1

Eval. Env.

Quelques constats

2

Constats

Les métaux

Sources : O. Vidal ; orange, 2017

2

Constats

Demandes en métaux

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

REE Vn

Sex40 Nb

Ptx100 Lix0.25

0

10000000

20000000

30000000

40000000

50000000

60000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Cu Mn

Zn Al≈ 5% / an

≈ 3 % / an

6 à 12 % / an

Source : Olivier VIDAL

Tout le cuivre contenu dans les 30

1ers km de la croute terrestre sera

extrait en moins de 800 ans !

2

Constats

Selon vous : Si le taux de croissance de la demande en tantale est de 12%, combien faudra-t-il d'années pour que la demande totale double par rapport à aujourd'hui ?

2

Constats

D’autres impacts liés à l’extraction des métaux

Impacts sociaux et politiques :

– guerres civiles, – conflits d’usage de l’eau

(dans des régions soumises à la secheresse), refus exploitation minière, etc.

Source : https://mapa.conflictosmineros.net

Cobalt

Source : https://congovox.com

2

Constats

Potentiel géologique non identifié

Réserves : Ressources exploitables au prix actuel

Réserves base : Ressources démontrées, mais (encore) non

exploitables économiquement

Réserves « déduites » (*) :

Dimension économique

Ressources « ultimes »

(*) “Inferred reserves” en anglais

Potentiel géologique identifié mais non exploré

Dimension géologique

Dimension technique

Réserve : quantité - Géologiquement

identifiée - Exploitable à

technologie actuelle - Et à prix actuel

Réserves

2

Constats

concentration / énergie d’extraction

Energie de production et concentration (cas du Cu et du Ni)

Source : Olivier VIDAL

Cas du Cu

2

Constats

D’autres impacts liés à l’extraction des métaux Impacts environnementaux :

• tarissement et pollution eau, • Érosion des sols et

fragmentation territoires • pollution sol & air (acides,

mercure, cyanure, etc.) perte biodiversité et problèmes santé homme

Cobalt Kennecott Copper Mine (Utah) 3.2 x 1.2 x 1.2 km3

C’e

st v

rai a

uss

i p

ou

r le

s m

ines

u

rbai

nes

!

2

Constats

Quid de l’énergie grise ? Em

issi

on

s C

O2

En

mill

ion

s d

e to

nn

es

0

100

200

300

400

500

600

700

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

importations

production intérieure pour la demandeintérieure + ménages

Sources :http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/fileadmin/documents/Produits_editoriaux /Publications/Datalab/2017/datalab-27-CC-climat-nov2017-b.pdf

2

Constats

Le problème : c’est l’effet Pape ! • Tellement de données à traiter, stocker et transporter

• Toutes ces données sont prises en charge par des datacentres et des réseaux / plus gros/ bientot plus en bordure

• On n’a pas le choix : il faut réduire les impacts environnemantaux des grands systèmes numériques

-

22

En 1 heure…..

Quelques chiffres

• Augmentation annuelle du trafic de données sur les réseaux : 30% et en augmentation

2

Constats

Combien d’objets connectés chez vous en moyenne par personne adulte ?

2

Constats

Evolution du nombre d’objets connectés

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

Nombre d'appareils numériques par personne communicants aux USA

Aux Etats Unis, aujourd’hui, un foyer sur 5 est équipé d’un google assistant ou

équivalent

2

Constats

Constats : consommation électrique

Source : production du groupe leanICT, shift projet

2

Constats

• En 2013, gwatt.net

Constats : consommation électrique / GES

• Environ 10% de la consommation électrique mondiale – en hausse de 8% par an alors que la consommation mondiale est en hausse de 3% par an

• Environ 4% des GES

Source : production du groupe leanICT, shift projet

8% de croissance /an : Cela signifie un

doublement tous les 9 ans 2

Constats

Constats : Les TICS consomment de l’électricité..…

2

Constats -

28

Par Jpjanuel —https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24652674

• Greenpeace report By Pakaraki - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46754305

Pas/Peu de Proportionalité Energétique ! • Luiz André Barroso and Urs Hölzle, « The case for

Energy-Proportional Computing », IEEE Computer, 2007

• Serveurs : Consommation idle (a vide / statique) importante – faiblement proportionnelle

• Réseau : consommation constante insensible à l'usage

2

Constats

Un ordinateur consomme de l’électricité quand on l’utilise…. Impact

du matériel et du logiciel…

2

Constats

Dell R610 - Zimmer LMG450

2

Constats

2

Constats

2

Constats

Focus : La double vague des datacentres

• On regroupe / on distribue !

2

Constats

Nouveauté : Edge et Fog !

La collecte et le recyclage aujourd’hui

• Monde : collecte dans filière « officielle » 20% • France : collecte environ 50%

• Max : 20 métaux différents recyclés

1 H

2 He

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

* 72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

**

*Lanthanides (Terres rares)

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

**Actinides 90 Th

92 U

< 1%

1 – 10%

10 – 25%

25 – 50%

> 50%

Source : UNEP / Recycling rates of metals 2011

Re

cycl

age

C

olle

cte

2

Constats

Conclusion Constats

• Prélèvements métaux significatifs (majeurs pour certains métaux) : risques / réserves

• Consommation énergétique du numérique en croissance (plus forte croissance parmi tous les secteurs)

• Pas de proportionnalité énergétique à grande échelle

• Pollutions locales importantes

• Impacts sociaux et sociétaux

2

Constats

Quels espoirs ?

3

Espoirs ?

38

Ont le courage de ne pas céder aux lobbyistes Ont une vision globale Connaissent le sujet !

Directive ROHS (Europe) Directive DEEE (Europe) Loi sur la consommation (France) Règlement REACH (Europe) Directive ErP (Europe) Loi sur l’obsolescence (France) Etc.

3

Espoirs ?

Des réserves encore disponibles ?

Dans ces conditions les réserves pourraient être encore accessibles pendant 200 ans ?

croissance Collecte & recyclage

Efficacité énergétique

Source : Olivier Vidal, 2018

3

Espoirs ?

Progrès technologiques

Source : Olivier Vidal, 2018

3

Espoirs ?

Cas du Fe

Des initiatives coordonnées en IT… • Dans chaque domaine :

– Data centres/HPC/Clouds : Green500, EU CoC, The Green Grid (metrics) / Open Grid Forum

– Stockage: SNIA (ON/Off disks, metrics)

– Réseaux : Green Touch (x1000 factor) / EEE (LPI)

3

Espoirs ?

Focus Eco-conception des smartphones

• Design pleinement contrôlé – Compromis évalués par FP

• Approche modulaire – Fonctionnalité fixe – Objectif premier: extension de vie – Mises-à-jour

• Possibles dans certains cas (e.g. caméras) • Limitée sinon

– Durée de vie des modules • Changements de composants, matériaux

– Remplacement de modules sans/outils simples • Par l’utilisateur

Source : Fairphone

3

Espoirs ?

Le Fairphone 2

Le Big Little

Espoir : amélioration du matériel / CHP : Green500.org – Juin 2018

ENSIMAG - 5 Octobre 2018 - Laurent Lefevre -

43

3

Espoirs ?

Focus : DC Google

3

Espoirs ?

• Qq Ms de serveurs

• 14 datacentres

• Tout renouvelable

• PUE (Power Usage Effectiveness): 1.12

Extinction (shutdown) : réduire le nombre de ressources alimentées inutilement

Dimensionnement (slowdown) : adapter les performances des ressources aux réels

besoins

Optimisation : modifier les applications et les services pour les rendre plus « verts »

Consolidation / Aggrégation : relocaliser / regrouper des services et applications sur un

nombre réduit de ressources physiques

- 45

3

Espoirs ?

Mise à disposition de familles de leviers verts !!!

[Bolla 2011] : (a) no Green, (b) shutdown, (c) slowdown, (d) shutdown+slowdown

- 46

3

Espoirs ?

Exemple d'applications de leviers dans les réseaux de communications

Des familles aux leviers verts…

• Node Shutdown

• Node Hibernation

• Node Suspend To Ram

• DVFS : Dynamic Voltage and Frequency Scaling

• NTV ; near threshold voltage

• AVX : Advanced Vector Extensions

• Low Power Idle

• Adaptive Link Rate

• Green scheduling policies

• Energy budget aware scheduling

• Power Capping

• Green Programming

• Simple / Double precision computing…

Shutdown, Slowdown, Optimizing, Consolidating / aggregating :

-

47

3

Espoirs ?

Low Power Idle == IEEE 802.3az

Extinction de composants électroniques (transmetteurs

Ethernet) lors de période de faible trafic

Off de 3 récepteurs sur 4

Cycle de rafraichissement / signal d'alerte pour réveil rapide

Gain dépend de l'usage

Produits existants

3

Espoirs ?

Espoir jusqu’au produit final : On/Off dans les réseaux : le succès du « Energy Efficient Ethernet »

• Utilisent « ifixit » pour réparer leurs équipements • Achètent d’occasion • Utilisent leurs équipements plus longtemps • Achètent en fonction de critères de durabilité • Utilisent les « repair café » • Etc …

49

Des usagers qui :

3

Espoirs ?

50

En France :

2002 : directive Européenne

2005-2006 : transcription dans le droit Français

Mise en place filière en France

Modification transcription Européenne 2011/2012

Objectifs renforcés : 45% collectés en 2016, 65% en 2019

2018 : Intégration panneaux photovoltaïque et cartouches d’encre

…

3

Espoirs ?

Un espoir : les mines urbaines

Materials, 2014

Metal Concentration minerai (2002) Concentration cartes électroniques (2014)

Facteur min-max

Cuivre 0,5 – 3,0 12,0 – 29,0 4 - 250

Etain 0,2 – 0,85 1,1 – 4,8 1,3 - 24

Or 0,0005 0,0029 – 0,112 10 - 224

Argent 0,0005 0,01 – 0,52 20 -1040

3

Espoirs ?

EcoInfo

• Existe depuis 12 ans

• Reconnaissance institutionnelle (GDS du CNRS)

• Forme, informe

• Agit (matinfo4, audits DC, enquête/recommandions DEEE, CoC, etc.)

3

Espoirs ?

Conclusion espoirs

• Des progrès technologiques (leviers, produits)

• La recherche est présente

• Des initiatives courageuses

• Des petits pas incontestables

• Des actions individuelles qui montrent l’exemple

3

Espoirs ?

Mais…

4

Mais ..

Les effets rebonds

Consommation pack applis

Energie disponible (batterie)

Consommation pack applis

Consommation pack applis

Consommation pack applis Appli supplémentaire

Appli / plus de fonctionnalités Encore plus d’applis

et encore plus ..

4

Mais ..

56

Effet rebonds

Disques SSD Virtualisation Etc.

4

Mais ..

Obsolescence

Quel âge a le portable que vous utilisez aujourd'hui ?

4

Mais ..

Impact du recyclage

Dans cet exemple, On ne gagnera jamais plus de 60 ans par le recyclage si la progression de la consommation totale reste inchangée.

Source François Grosse, futurible, 2010

Cas d’un métal dont le taux de croissance est de 2% (durée de rétention 7a)

4

Mais ..

Des résultats de recherche qui ne sortent pas des laboratoires…exemple des leviers verts

• Node Shutdown

• Node Hibernation

• Node Suspend To Ram

• DVFS : Dynamic Voltage and Frequency Scaling

• NTV ; near threshold voltage

• AVX : Advanced Vector Extensions

• Low Power Idle

• Adaptive Link Rate

• Green scheduling policies

• Energy budget aware scheduling

• Power Capping

• Green Programming

• Simple / Double precision computing…

Problème : l’état de l’art ne se focalise que sur un

levier à la fois !

(Extrait de IEEE)

43 articles sur Low Power Idle

118 articles sur Power Capping

171 articles sur Near Threshold Voltage

834 articles sur Dynamic Voltage and Frequency

Scaling (DVFS) + 35 sur DFVS

-

59

Réduire la consommation en phase d’usage -> craintes et réticences : MTBF, pannes, QoS…

4

Mais ..

-

60

On peut gagner beaucoup, mais c’est difficile, risqué, et à utiliser avec précaution….

4

Mais ..

Même pour le levier le plus connu : On/Off.. C’est difficile à grande échelle !

EcoInfo ..

• Difficultés pour agir auprès des institutions

• Relativement peu de personnes impliquées

• Faible financement

• … 4

Mais ..

Conclusion « mais .. » • En réalité, il n’y a pas de diminution de la croissance des

besoins en métaux, ni en énergie (effets indirects, rebond et durée de vie courte des équipements)

• Les innovations venant de la recherche passent difficilement/trop lentement dans les produits grand public

• Les progrès de recyclage ne sont pas significatifs à l’échelle mondiale : il y a énormément de dispersion de métaux et de pollution

4

Mais ..

En conclusion générale

Venez aux ateliers pour que l’on réfléchisse ensemble aux moyens d’agir individuellement et collectivement.

Rejoindre EcoInfo !

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