Les TIC, c’est quoi ? … quelques repères sur les TIC, leur efficacité énergétique et le développement durable

1. CHEDD Bretagne - Session Pilote - Séance J05
Les TIC, c’est quoi ? …
quelques repères sur les TIC, leur efficacité
énergétique et le développement durable
Bruno Fracasso
Nicolas Montavont
Institut Telecom / Telecom Bretagne
Page 0 Les TIC, c’est quoi ? Rennes, le 15 mars 2011
BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes

2. Plan de la présentation
Périmètre des (S)TIC
Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriques
Pistes de réflexion
→ Approche illustrative : poser les bonnes questions … plutôt que
des réponses incomplètes
→ Renforcer la compréhension stratégique plutôt que les
connaissances techniques
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3. Comment cerner les (S)TIC ?
* Service des Etudes et Statistiques Industrielles, Ministère de l’industrie
Définition « fourre-tout » Liste du SESSI* (d’après OCDE)
le secteur des TIC regroupe les activités qui • C45 fabrication d’appareils de réception, enregistrement ou
reproduction du son et de l’image
• diffusent et échangent de l’information • E31 fabrication de machines de bureau et de matériel informatique
• produisent des biens électroniques et informatiques • 300C fabrication d’ordinateurs et d’autres équipement informatiques
• commercialisent des équipements électroniques et • E33 fabrication d’appareils d’émission et de transmission hertzienne
informatiques • 322A fabrication et de transmission hertzienne
• exploitent les réseaux et services de • 322 B fabrication d’appareils de téléphonie
télécommunications • E35 fabrication de matériel de mesure et de contrôle
• 332 A fabrication d’équipements d’aides à la navigation
• 332 B fabrication d’instrumentation technique et scientifique
• 333 Z fabrication d’équipements de contrôle des processus
Définition « académique » industriels
• F61 fabrication de matériel électrique
le secteur des TIC regroupe les outils et services • 313 Z fabrication de fils et câbles isolés
permettant la genération, le traitement et la • F62 fabrication de composants électroniques
transmission de l’information numérique (texte, • 321 A fabrication de composants passifs et de condensateurs
données, image, son), via des medias : • 321 B fabrication de composants électroniques actifs
• Internet • 51.6G Commerce de gros de machines de bureau et de matériel
• TV •informatique
• Téléphone (fixe et mobile) • 71.3E Location de machines et équipements de bureau
• Radio
• Satellite • 642A et 642B Services de Télécommunications
• 721 à 726 Activités informatiques
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4. Les TIC et la société
Des espoirs, en matière de :
1. Communication entre les individus
2. Croissance économique (Asie)
3. Progrès scientifique et technique
4. Emancipation des peuples (2011 …)
5. Développement durable (?)
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5. Des indicateurs objectifs ?
Quelques chiffres Problème : comment appréhender le
• 3500 G$ de dépenses cumulées en 2008 volume GLOBAL (particulier +
(7% du PIB mondial) entreprises) des TIC
• Enquête SESSI (2005) sur les TIC en
France
- Chiffre d’affaire : 191 G€ (11% du PIB)
- Valeur ajoutée : 74 G€ (5% du PIB)
- 750 000 emplois (3% du total national)
dont : Imprimantes
Réseau local 6% PC et Moniteurs
– 196 000 dans le secteur industriel 39%
7%
– 589 000 dans les services et le commerce
Téléphonie mobile
9%
■ Impact des TIC ?
• de 2 à 3 % des émissions mondiales de GES
Téléphonie fixe
(Gartner group – UIT) Serveurs
15%
23%
• MAIS : sans tenir compte de l’électronique
grand public et industrielle … Source : Gartner Group
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6. Plan de la présentation
Périmètre des (S)TIC
Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriques
Pistes de réflexion
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7. Rappels : grandeurs énergétiques
Energie Puissance
Unité : la Joule (J) 1 Watt (W) = 1 Joule/seconde
1 Calorie (Cal) = 4,18 Joule 1 cheval ≈740 W
Energie
1 kWh = 1000 J/s x 3600 s
= 3,6 MJ
1 kg de pétrole 10 000 kcal 1 t.e.p 10 Gcal 1,4 g d’Uranium
1 MWh = 3,6 GJ 0,08 t.e.p → 1 MWh 0,22 t.e.p en pratique par
1 t.e.p. = 41,8 GJ MWh « électrique »
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8. Equivalents CO2 du kWh électrique
- Gramme de CO2 émis/kWh produit
- Emissions directes + cycle de vie
Univ.
EDF Stanford
Fioul 891 x
• Moyennes sur les différentes
Charbon 978 x
productions d’électricité
Nucléaire 5 9-70 − France : 84 g
Hydraulique 4 17-22 − Europe des 15 : 460 g
− Allemagne : 600 g
Photovoltaïque 97 19-59
− Chine : 900 g
Eolien 3-22 3-7 − Mondiale (UE, USA, Japon) : 570 g
Géothermie x 15-55
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9. Quantités de CO2 rejetées (estimations)
Biens de consommation (USA, étude TIAX LLC, 2007)
– Production et distribution d’un DVD : 2,6 kg
– Production d’une ramette de 500 feuilles A4 : 2,2 kg
– Utilisation d’un PC (desktop) pendant 24 h : 3,6 kg
– Trajet urbain de 20 km en véhicule 4x4 : 3,1 kg
– Production de 1 kg de viande de bœuf : 29,2 kg
MAIS EGALEMENT
Domaine des TIC (USA, étude Univ. Harvard, 2008)
– Envoi de 10 SMS : 0,001 kg
– 4 requêtes Google : 0,1 kg (↔ chauffage de deux tasses de thé)
– Utilisation d’un PC (laptop) pendant 4 heures : 0,9 kg
– Consultation de site Web avec video pendant 10 minutes : 0,45 kg
(source Nicholas Carr, « the big
– Entretien d’un avatar dans « second life » pendant 1 an : 752 kWh = switch – rewiring the world »)
consommation énergétique moyenne d’un Brésilien
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10. Bilan carbone d’un ordinateur
1 kg de CO2 = 0,273 kg équivalent carbone
Production
• Source : E. Williams, "Computers and the Eléments constitutifs d’un Equiv. C
Environment ; understanding and managing their ordinateur de bureau (kg)
impacts« , Kluwers Academic Publishers, 2004
Composants micro-électroniques 68,6
Fabrication des circuits imprimés 11,4
Autres périphériques (estim. ADEME) Ecran plat (tube cathodique) 7,5
• Ordinateur portable : 80 kg équiv. C Ecran plat (LCD) 184,3
• Imprimante : 22 kg Boîtier de l’unité centrale 17,4
Matériaux pour le boîtier de l’écran 18,2
Utilisation Production des produits chimiques 48,0
• Pendant 1 an (200 j) aux USA : 70 kg equiv C. Production des galettes de silicium 14,8
Total avec écran cathodique 185,8
Fin de vie Total avec écran plat LCD 344,5
• 1 à 2% des émissions globales (CIRAIG, Montréal)
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11. Cas des serveurs
Data centers (DC)
• Fermes de serveurs (Google, FT …)
• J/m2 = x100 par rapport à un immeuble de bureau
• Consommation mondiale
- Energie cumulée : cumulée : 123 TWh
(en 2006, source APC-MGE, 40% pour la clim.)
- Valeur quadruplée entre 2001 et 2005 (Gartner-group)
Cas de FT (en France)
• 17 DC en France ≈17000 serveurs, 24h/24
• 20 MW de puissance instantanée cumulée
• Nouveaux services (VoD) : conso +30% par an
• Stratégie
- Optimiser la charge et diminuer le nb de centres
- Ventilation : l’électronique plutôt que la pièce
- Alimentation électrique : réduire la complexité
- Récupération de la chaleur pour les bâtiments
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12. Consommation électrique domestique
Consommation des TIC : 13,5 % de l’électricité Française
Secteur résidentiel : 30% de l’électricité des ménages (x3 en 10 ans)
Source
Rapport CGEDD/CGTI, 2008
TIC
Constat sur la période 1997-2007 : +10 % par an
Objectif UE (2008) : réduction de 20% d’ici 2020 (repris par Grenelle de
l’environnement) → -2% par an
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13. Cas du « home network »
Source : Deutsche Telekom, 2008
Centrale nucléaire de Gravelines
(1974)
• 6 réacteurs de 900 MW
• 3ème rang mondial
Nombre de Consommation
foyers quotidienne Taux de rejet Rejets nationaux
(millions) cumulée (GWh) kg CO2/kWh kT CO2 /jour
Allemagne 38 99 0,60 59,4 83 %
France 28 73 0,09 6,6 62 %
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14. Cas du réseau cellulaire
Une Infra-structure très énergivore
- Consommation mondiale cumulée par an → 70 000 GWh en 2008
(+100 % en 5 ans)
Commercial
Data
center
Source
Vodafone Réseau coeur
Commutation
Stations de
base
% 0 10 20 30 40 50 60
- 60% dans les stations de base (relais GSM et 4G) : aucune « intelligence »
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15. Consommation mondiale des TIC
Puissance consommée
Puissance totale 4% 15%
en 2007 par les TIC (GW)
générée pour produire
de l’électricité dans le
monde en 2007
4 800 GW
© Source: Jens Malmodin, Ericsson
300
User equipment
250 operation
Network operation
Production vs. usage : même ordre de
200
150 Manufacturing &
grandeur
business overhead
100
Différences marquées entre
50
0
équipements (e.g. mobile vs. serveur)
Mobile Fixed PC Data
telecom telecom industry centers
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16. Topologie d’un réseau télécom (schématique)
Transmission par FIBRE OPTIQUE
Wide Area Network 1000 km 106
(WAN)
Regional Area Network 100 km
105
(RAN)
104
Metropolitan Area Network 10 km
Charles Kao
(MAN) Prix Nobel de physique
2009
Access Network 1 km 100
10
Home Network 10 m
Client A Client B
débit
distances
(Mbit/s)
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17. Un réseau : juxtaposition et empilement (OSI)
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4 Fournit la livraison des paquets « sans erreur »
Adresse, commute et route les paquets selon une adresse de destination (IP)
Couche 3
Délimite et encapsule les trames à l’émission entre interfaces « paires » (MAC)
Couche 2
Définit le medium de transmission, connexions, interfaces : fibre, câble, Wi-Fi
Couche 1
Equipements de couche 1 : amplificateurs,
multiplexeurs, brasseurs, répéteurs …
Equipements de couche 2 : concentrateur,
commutateur (Ethernet, ATM etc…)
Equipements de couche 3 : routeur
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18. Efficacité énergétique de la transmission
© Source: T-Systems
puissance [W / Gbit/s]
10000 Réseau
d‘accès
1000
100
Réseau coeur 1
10 Fibre optique
monocolore
1
Réseau coeur 2
0,1 Fibre optique multi-
0,01 colore (WDM)
] h] ] ] ] ] t] SL DSL 4 k
]
ch 80c 0G .5G 55M [2M cke
0
[8 M [ [1 [2 [1 a VD A [6
M DM H DH [p IV
DM AD W
D
W SD
S IP D
W O
-R
DM
W
Efficacité énergétique : dépend du niveau d’aggrégation et du support physique
Transparence optique et très haut débit (du cœur vers l’accès)
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19. Plan de la présentation
Périmètre des (S)TIC
Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriques
Pistes de réflexion
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20. Vers des TIC plus « vertes »
1. Energies Renouvelables COURT TERME
Et probablement
Vent, soleil, marées …
une mauvaise
: Cycle de vie global ! option …
Module TIC
Option 1
• Composant 2. Même technologie +
• Dispositif Consommation diminuée
• Système Option 2 MOYEN
• Equipement - Nouveaux modes d’utilisation TERME
• Réseau (extinction, veille)
Option 3 - Nouveaux algorithmes de supervision
et de routage
3. Rupture technologique LONG TERME
Génération «Y», désirant et probablement
- Des équipements et des services la bonne option
Nouvelles architectures et équipements
disponibles en permanence pour la transmission, le routage
- Des communications « EAWA » le calcul, le stockage
Everywhere, Anywhere, With Anything
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21. Quelle métrique ? Quel levier ?
Métriques
• Energie/puissance consommée (W,J) : NON , car dépend du mode de
génération de l’électricité (ratio kWh/CO2)
• Volume global de CO2 émis : INCOMPLET (service rendu ?, autres GES ?)
• g CO2 émis/bit (ou bit/s) transmis : COMPLEXE
Levier : des taxes ?
• problème mal posé …
30 mg de CO2
Revenu SMS : 0,1 €/0,03 g
Emission = 3000 €/ tonne de CO2 émis !
20 €/tonne de CO2
TAXE SMS Revenus
0,1 €
carbone Mdr Lol opérateur
Je t’<3
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22. Prochaine génération de réseaux indoor
Challenges
• Sharing resources using wireless coverage
• Sustainable Growth and Public Health issues
• Low-cost and easy link/network deployment
• Réseaux domestiques : la pression du Gbit/s
(Accès à fibre optique + HDTV) Multi Gigabit/s Home Area Network
Source : OMEGA FP7 Projet – ICT 2008
Sans-fil et mobilité Tx Tx
Tx
• Degrés de mobilité
• Deux compromis :
Rx
1. mobilité vs débit Mobility totale (cellulaire) Hot spot Sans fil/prise
2. Mobilité vs efficacité énergétique Débit
Taille de cellule
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23. Architecture femto-cellulaire
Densification des points d’accès sans-fil
• Amélioration de la qualité de service (débit et disponibilité)
• Réduction de la puissance émise et potentiellement des impacts sanitaires
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24. Prise de recul
Support des TIC
= Réseaux
Composants et Usages et Services
technologies − domestiques
− locaux − communicants
− matérielles
− Accès − non-communicants
− logicielles
− Metropolitains
−Transport (cœur)
Deux préoccupations majeures
1) ENDO : comment réduire l’impact environnemental des TIC (Objectif UE : -20% d’ici 2020)
2) EXO : Comment aider à réduire l’impact des autres secteurs (7% d’émissions des GES d’ici
2020, d’après Idate)
Deux écueils majeurs
1) Des équipements plus « écolos » … mais beaucoup plus nombreux (syndrome IPV6)
2) Les émissions de GES ne sont pas les seuls critères (matière, espace, eau, biodiversité)
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25. Autres écueils
Quelques effets « rebonds »
• Les TIC favorisent les échanges et les projets … donc, les déplacements
et les voyages
• Télétravail : autorise de plus grandes distances « domicile-travail … donc
des déplacements plus longs
• Délocalisation (Green Touch ) : les industriels Européens renouvellent en
masse (et plus rapidement) leurs équipements … fabriqués en Asie →
moins de CO2 à l’usage, mais davantage à la fabrication et au transport
Green washing (écoblanchiment)
• La voiture électrique …
• Campagne de publicité EDF (2009) : « changer d’énergie ensemble »
• « Green » se résume le plus souvent à économie d’utilisation
(contrexemple : le matériel électronique)
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26. Impact des TIC sur l’environnement
F. Berkhout et J. Hertin, impacts of information and communication technologies on environmental sustainability: speculations
and evidence, rapport OECD, Mai 2001
Effets de
Impacts positifs Impacts négatifs
1er ordre Usage des TIC pour l’environnement Impacts de la production de la
technologie
Direct e.g. Surveillance électronique
plus efficace e.g.déchets électroniques
Effets de Dématérialisation
changement structurel Substitution incomplète
2ème ordre
e.g. Processus de production plus e.g. Les équipements sont du
Indirect intelligents matériel supplémentaire
Effets de Effet “rebond”
Changement dans le style de vie
3ème ordre e.g. Retour négatif des mesures
e.g. Eco-consommateur prises dues à une baisse de prix ou
Indirect un augmentation de capacité
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27. Des faits et des engagements
Consommation des Télécoms en Charte environnementale 2010
France Féd. Franç. Télécoms ↔ pouvoirs publics
• En 2008 : TIC (global) = 35,3 TWh • Engagement des deux partenaires sur des
• Evolution de la part des télécoms objectifs chiffrés :
Source : Idate 1. Maîtrise des consommations d’énergie
dans un contexte de fort développement
2005 2008 2009 Prév. 2012 des usages;
4,5 TWh
2. Favoriser le pilotage et l’optimisation de
6,7 TWh 7,2 TWh 8,5 TWh la consommation électrique;
3. Réduire l’impact environnemental de la
fabrication des produits TIC;
+50% 4. Mise en œuvre de politiques d’achat
+7,5% +18%
-Nombre de BOX ADSL : x 5
-Volume des datacenters
responsables auprès des partenaires et
- Stations de base fournisseurs;
5. Encourager le comportement éco-
→ Croissance infléchie … mais prudence ! responsable des collaborateurs des
entreprises du secteur (par auto, paier,
voyages)
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28. Quelques défis pour demain …
Convergence des réseaux
• Réseau unique, plusieurs milliards d’utilisateurs
• Vaste étendue de services : internet des capteurs, des objets et des
individus -> PAN = « Personal » Area Network
Les data center
• Energivore : usage … et production
• Qui hébergera les données ?
Des services et usages citoyens (i.e. non addictifs)
TIC : un secteur à énergie positive ?
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