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Numérique et environnement Françoise BERTHOUD
Laurent Lefevre
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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