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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
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

Page 1          Les TIC, c’est quoi ?   BF - NM   CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Les TIC, c’est quoi ? Bruno Fracasso et Nicolas Montavont Telecom Bretagne

  • 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 Page 1 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 2 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 (?) Page 3 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 4 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 6. Plan de la présentation Périmètre des (S)TIC Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriques Pistes de réflexion Page 5 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 » Page 6 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 7 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 8 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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) Page 9 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 10 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 11 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 % Page 12 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 » Page 13 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 14 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes 14
  • 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) Page 15 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 16 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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) Page 17 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes 17
  • 19. Plan de la présentation Périmètre des (S)TIC Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriques Pistes de réflexion Page 18 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 19 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 20 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 21 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 22 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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) Page 23 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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) Page 24 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 Page 25 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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) Page 26 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes
  • 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 ? Page 27 Les TIC, c’est quoi ? BF - NM CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − Rennes