Le projet DATAZERO a montré qu’alimenter un datacenter uniquement avec des énergies renouvelables c’est possible ! Retours sur les tenants et les aboutissants de ce projet avec les deux chercheurs qui en sont à l’initiative, Jean-Marc Nicod, Professeur des universités en Informatique à l'ENSMM à Besançon et Chercheur à l’institut FEMTO-ST et Jean-Marc Pierson, Professeur des universités en Informatique à l’Université Paul Sabatier à Toulouse et Chercheur à l’IRIT

 

> Pour commencer, pourriez-vous vous présenter en quelques mots ?

Jean-Marc Nicod : J’ai obtenu mon doctorat à l’ENS de Lyon en 1997 et commencé ma carrière à l’Université de Franche-Comté dès 1997 avant de rejoindre l’ENSMM et l'Institut FEMTO-ST il y a une petite dizaine d’années. Mon parcours en recherche m’a fait passer du calcul parallèle, au système distribué avec la conception de middlewares qui ont préfiguré le cloud d'aujourd'hui avec pour mission d’offrir un lien transparent entre des utilisateurs distants et des centres de calcul ou des centres de données. Il y a une quinzaine d'années, j’ai concentré mes activités de recherche davantage vers les problématiques d’allocation de ressources dans les architectures parallèles (recherche opérationnelle). Ainsi la connaissance des grandes architectures de calcul ou des centres de données associée à des compétences en optimisation et une volonté de travailler dans un monde moins destructeur pour la nature et le climat, a ajouté le critère de la sobriété numérique dans les systèmes que j’étudie.

Jean-Marc Pierson : Je suis professeur d'Informatique à l'Université de Toulouse (Toulouse 3, Paul Sabatier) depuis 2006 et membre du laboratoire IRIT (Institut de Recherche en Informatique de Toulouse), après une thèse à l’ENS-Lyon et des fonctions de maître de conférences à Calais et Lyon. Mes principaux axes de recherches incluent le calcul distribué et parallèle, le grid computing, la confiance et la sécurité. Depuis 2008, je suis responsable d’une action de recherche à l’IRIT sur les systèmes efficaces en énergie, c'est-à-dire en Green IT, du logiciel aux infrastructures.

 

> Vous travaillez depuis 2015 sur le projet DATAZERO. Comment celui-ci est-il né et en quoi consiste-t-il ?

Ce travail est né de la rencontre avec Jean-Marc Pierson, déjà très impliqué dans des projets dont le but était justement de réduire la consommation énergétique des centres de données, par exemple au niveau de la partie chargée du refroidissement des grands centres de données. Nous avions déjà eu l’occasion de travailler ensemble à la fin de nos thèses respectives. Nous cherchions un thème pour travailler à nouveau ensemble sur le domaine de la sobriété énergétique numérique et un jour de l’automne 2013, Jean-Marc Pierson m’a proposé l’idée de travailler à imaginer la conception et le pilotage d’un datacenter dont l’alimentation serait issue uniquement des énergies renouvelables. J’ai tout de suite adhéré et nous avons même trouvé le nom du projet lors de ce premier coup de téléphone. J’avais grâce à FEMTO-ST des collaborations avec d’autres collègues chercheurs de mon domaine mais surtout dans les domaines de l’énergie et travaillant plus particulièrement au développement des systèmes Piles à Combustible dans des environnements mobiles ou stationnaire. Des chercheurs toulousains d’un profil comparable à l’équipe Franc-Comtoise étaient également partants pour le projet. Le consortium était là, restait à monter le projet et le faire accepter. En 2014, le groupe EATON à Grenoble nous a rejoint et en octobre 2015, nous lancions le projet à Toulouse.

 

Le projet consistait ainsi à faire travailler conjointement plusieurs disciplines des sciences pour l’ingénieur : l’informatique, l'automatique et l’électricité. Le défi était double, il fallait à la fois répondre à la question du dimensionnement de l’architecture globale, électrique et informatique, et à la question de la meilleure manière d’orchestrer l’ensemble du datacenter en arbitrant entre la demande en calcul et l’offre en énergie.

 

> Un datacenter alimenté à 100% par des énergies renouvelables, c’est possible ?

Oui, c’est possible ! C’était le but même du projet DATAZERO que de démontrer qu’alimenter un data center uniquement avec des énergies renouvelables était possible. Nous avons montré les ordres de grandeur de la taille des équipements électriques primaires (surface des panneaux photovoltaïques et la taille du parc d’éoliennes) et des équipements électriques secondaires (stockage hybride avec des batteries et de l’hydrogène) pour satisfaire les besoins en électricité d’un centre de données régional. Nous avons également montré qu’une étape de négociation entre la demande en calcul et donc en énergie et l’offre d’énergie renouvelable offrait une robustesse à la plateforme et grâce à la recherche du respect des stocks d’énergie au cours de l’année, une grande partie des aléas peuvent être absorbés. Le projet DATAZERO2 qui a débuté en 2020 et qui fait suite à DATAZERO a vocation à aller plus loin que la démonstration de cette preuve de concept en nous rapprochant d’une version pré-industrielle qui intègre encore davantage la prise en compte des incertitudes liées à la demande de calcul ou à l’offre énergétique dépendante de la météo, l’arrivée d'événements inattendus, la possibilité de maintenance.

 

> Quand un tel data center pourrait-il voir le jour ? Quel est le plus gros défi à relever ?

Nous n’en sommes pas très loin. Une version industrielle pourrait voir le jour avant 5 ans, tout dépend de l’implication des acteurs du secteur et des politiques publiques en matière de transition énergétique. Le plus gros défi à relever est la gestion des aléas au niveau des sources renouvelables et leur intégration dans un système électrique hybride, notamment par le développement des mécanismes de régulation des marchés électriques adaptés à l’énergie renouvelable, et la réalisation d'une filière hydrogène verte.

 

> A ce jour, quelles sont les plus grosses difficultés que rencontrent les opérateurs de data centers pour exploiter les énergies renouvelables ?

En Europe et dans les pays industrialisés, l’énergie électrique n’est pas très chère. C’est notamment le cas en France. C’est également la raison pour laquelle, certaines régions de production de charbon ont accueilli aux états unis de nombreux data centers. Si les conditions d’une énergie électrique peu chère et disponible sans limite, tout au moins à notre échelle sont réunies, alors les opérateurs n'auront peut-être pas envie de se lancer dans l'aventure d’un data center propre. Les freins à l’exploitation des énergies renouvelables dans les datacenters ne sont plus techniques, comme nous l’avons décrit, mais bien plus politique, économique, voire psychologique et irrationnelle pour les opérateurs.

Hormis quelques pionniers convaincus de la nécessité d’une transition énergétique en matière numérique, l'élément déclencheur pour passer au 100% renouvelable résultera certainement de l’augmentation prévisible du coût de l’énergie, de politiques publiques incitatrices ou restrictives, et du déploiement de plus en plus de data centers de moyenne puissance au plus près des utilisateurs. Il n’est en effet pas toujours réaliste d’imaginer utiliser un data center à l’autre bout de la planète lorsque le réseau n’est pas toujours fiable ou sécurisé, ou que les données manipulées ne doivent pas voyager. Parallèlement, dans les situations où la fourniture d’électricité n’est pas ou plus disponible (zones géographiques isolées, situations d’urgence comme les catastrophes naturelles), une solution alternative peut être judicieuse en puisant l’énergie utile localement par le vent et le soleil. 

 

> Est-ce qu’un data center hyperscale pourrait être alimenté uniquement en énergies renouvelables ? Qu’est-ce que cela impliquerait ?

Aujourd’hui, il n’est pas réaliste d’envisager un data center hyperscale alimenté uniquement en énergies renouvelables à court terme, car ces mastodontes consomment une quantité d’énergie bien trop grande vis-à-vis des technologies actuelles de production et surtout de stockage d’énergie lié à la gestion de l’intermittence de production.

A l’opposé, on peut se poser la pertinence de datacenter plus petits distribués, profitant chacun de conditions environnementales locales permettant des compensations entre datacenters plutôt que des datacenters hyperscale. Des études plus poussées intégrant les coûts directs mais aussi indirects de la production des datacenters et leurs équipements doivent être menées pour répondre à cette question.

 

Pour plus d’information

http://datazero.org

https://www.societe-informatique-de-france.fr/wp-content/uploads/2020/11/1024-numero-16_Article26.pdf