Tentative d’évaluation des impacts environnementaux de l’usage des services SAAS & IAAS - Volet 1

Auteur : Eric Fourboul, avec la contribution de Laurent Eskenazi

Sommaire:

• Préambule
• Introduction
• Approche méthodologique
  • Les grands principes
  • Démarche
  • La consommation électrique comme proxy
  • A la recherche de la consommation des datacenters !
    • Etude du standard SASB (Sustainability Accounting Standards Board)
    • Limites de l’approche
• Cas d’usage du streaming
  • Consommation des datacenters
  • Données d’usage
  • Impacts des datacenters
  • Impact des terminaux
  • Impacts du réseau
  • Résultats et validation
  • Comparaison avec les évaluations de la base Empreinte de l’ADEME
• Cas d’usage des réseaux sociaux
  • Consommation des datacenters
  • Données d’usage
  • Impacts des datacenters
  • Résultats et validation
• Cas d’usage du moteur de recherche
  • Consommation des datacenters
  • Données d’usage
  • Impacts des datacenters
  • Validation et comparaison
• Cas d’usage de l’hébergeur mail en ligne
  • Consommation des datacenters
  • Données d’usage
  • Impacts des datacenters
  • Validation et comparaison
  • Consommation des datacenters
  • Données d’usage
  • Impacts des datacenters
  • Validation et comparaison
  • Potentiel d’amélioration de l’évaluation
• Conclusion
• Bibliographie

Préambule

L'évaluation environnementale du numérique est un sujet nouveau et immature. Face à sa complexité, il nous paraît important dans toute étude:

• De documenter les hypothèses choisies et les limites constatées.
• De fournir toutes les données utilisées dans l’évaluation (hypothèses choisies, limites constatées, calculateur, facteurs d’impact) pour favoriser la critique et la construction des connaissances.
• De communiquer les résultats avec humilité

C’est dans cet état d’esprit que nous publions cet article. Tout retour critique et constructif sera fortement apprécié.

Pour nous contacter : contact@hubblo.org.

Introduction

A travers nos missions d’évaluations environnementales au sein d’Hubblo, ou à travers notre travail associatif au sein de Boavizta, nous avons souvent été confrontés à des difficultés liées à l’évaluation environnementale de services externalisés (à l’entreprise ou au territoire) pour lesquels la matérialité de l’infrastructure du numérique est difficile à estimer.

C’est dans ce contexte, que nous avons produit un article sur l’estimation de l’impact environnemental des datacenters importés pour un usage français du numérique ¹.

Cette nouvelle étude sur l’évaluation environnementale des services SAAS & IAAS - qui représentent aussi un angle mort dans les méthodologies d’évaluations environnementales du numérique dans les organisations - s’inscrit dans la continuité de cette réflexion. Une mission pour la direction Communication de Rennes Métropole a été le déclencheur pour avancer sur le sujet.

L’objet de cet article est donc de tenter de combler cet angle mort en proposant une première approche pour estimer l’impact environnemental des services SAAS.

On se basera notamment sur les facteurs d’impact des datacenters de colocation en France et à l’étranger, que nous avons mis en avant dans notre précédent article.

A la direction Communication de Rennes Métropole, les principaux services SAAS utilisés étaient les suivants:

• Streaming : Vidéo, podcast via une plateforme en ligne (ex : Youtube)
• Réseaux sociaux (ex : Facebook)
• Stockage / archivage de données (ex : Dropbox)

C’est sur ce premier périmètre que nous avons travaillé.

D’autres services ont été étudiés par la suite et sont également présentés dans cette étude

• Moteur de recherche (ex : Google search)
• Hébergeur mail en ligne (ex : Gmail)
• Site web statique / téléchargement de fichiers statiques (ex : Wikipedia)

En complément, 4 objectifs ont guidé notre travail:

• fournir des outils d’évaluation pratiques, paramétrables permettant d’adapter les hypothèses à la plupart des contextes
• documenter la méthodologie pour favoriser son extension à d’autres services numériques
• utiliser des données ouvertes et partager des résultats pour favoriser les critiques et l’évolution des modèles
• montrer qu’il est possible d’effectuer des évaluations multicritères de services numériques, notamment en se basant sur la base Empreinte de l’ADEME.

Approche méthodologique

Les grands principes

Le schéma ci-dessus, créé par DDemain / Julie Orgelet illustre bien l’ensemble du cycle de vie du service numérique, et notamment le besoin d’avoir une vue matricielle de l’évaluation: “étapes du cycle de vie du service” X “les 3 tiers + RH”.

L’objectif idéal serait de prendre en compte l’ensemble des étapes, et notamment les phases de fabrication et de maintenance des logiciels / services SAAS.

Pour la partie Fabrication cela impliquerait de prendre en compte l’activité R&D associée au logiciel / service SaaS, et de bien déterminer son périmètre. Il serait également intéressant de réfléchir à sa phase Distribution. Quid des impacts de l’activité “Sales & Marketing”, particulièrement présents dans le numérique ? Par exemple, est ce que la somme des impacts des produits & services de Salesforce (ou tout autre acteur) est égale à l’impact global de “l’usine” Salesforce ?

Néanmoins, dans un premier temps nous allons nous focaliser sur la phase d’usage des logiciels / service SaaS - comme nous le faisons classiquement pour les services “on premise”. Cette phase inclut les 3 “tiers” : terminaux, réseau et datacenter.

Démarche

Notre démarche méthodologique suit une modélisation classique d’un service numérique basée sur les 3 “tiers”: terminaux, réseaux, datacenters.

Pour le Tier 1/terminaux:

• On utilise le jeu de données multicritères pour le numérique de la base Empreinte de l’Ademe . On trouve les principaux terminaux :
  • Ordinateur portable (Pro et perso)
  • Tablette
  • Smartphone
  • Ordinateur fixe (sans écran)
  • Ecran d'ordinateur
  • Téléviseur
• Les terminaux sont modélisés sur la base des hypothèses documentées: consommation électrique annuelle, durée de vie, durée d’usage
• La méthode d’amortissement utilisée est par durée d’usage. On pourra considérer dans une étude future les amortissements par durée de possession ou bien une approche marginale.

Pour le Tier 2/réseaux:

On utilise les facteurs d’impact par Go de la base Empreinte de l’Ademe. A l’avenir, il sera également possible d’utiliser le modèle proposé dans le récent RCP FAI.

Pour le Tiers 3/datacenters:

Si la méthode d’évaluation de l’usage des terminaux , voir du réseau, est comparable à celle utilisée pour des services hébergés, l’évaluation des datacenters utilisés par un service SAAS est plus délicate.

Les infrastructures sous-jacentes ne sont pas ou peu documentées par les grands acteurs du marché. Le seul élément (parfois) communiqué est la consommation électrique. C’est sur cette base que nous avons orienté notre travail.

La consommation électrique comme proxy

L’étude sur les Datacenters importés nous a permis d'interpréter certaines données du rapport ADEME/ARCEP “Evaluation de l'impact environnemental du numérique en France et analyse prospective” pour aboutir à des facteurs d’impact en fonction des typologies de datacenter suivantes:

Ces chiffres, et la répartition entre les phases de fabrication et d’usage, nous ont permis d’adapter les facteurs d’impacts pour des datacenters de colocation à l’étranger [1].

Ci dessous les impacts par type de datacenter et par kWh consommé:

Impacts des datacenters par kWh consommé

PEF-ADPe (kg SB eq.)

PEF-ADPf (MJ)

PEF-AP (mol H+ eq.)

PEF-CTUe (CTUe)

PEF-GWP (kg CO2 eq.)

PEF-IR (kg U235 eq.)

PEF-PM (Disease occurrence)

PEF-POCP (kg NMVOC eq.)

MIPS (kg)

Production de déchets - kg

Consommation d'énergie primaire - MJ

Consommation d'énergie finale (usage) - MJ

Datacenters public local France

3,33E-06

1,41E+01

1,16E-03

3,35E+00

2,11E-01

1,74E+00

1,84E-08

5,01E-04

8,46E-01

1,46E-01

1,54E+01

3,58E+00

Datacenters public national France

3,18E-06

1,42E+01

1,18E-03

3,19E+00

2,14E-01

1,74E+00

1,86E-08

5,00E-04

7,98E-01

1,34E-01

1,56E+01

3,63E+00

Datacenters entreprises France

2,90E-06

1,40E+01

1,14E-03

3,00E+00

2,08E-01

1,71E+00

1,82E-08

4,80E-04

7,39E-01

1,20E-01

1,54E+01

3,61E+00

Datacenters HPC-France

4,37E-06

1,49E+01

1,57E-03

3,92E+00

2,81E-01

1,73E+00

2,05E-08

6,35E-04

9,02E-01

1,54E-01

1,63E+01

3,59E+00

Datacenters colocation France

3,64E-06

1,47E+01

1,45E-03

3,82E+00

2,61E-01

1,74E+00

2,00E-08

6,01E-04

8,99E-01

1,47E-01

1,61E+01

3,60E+00

Datacenters colocation Europe

3,64E-06

1,23E+01

3,41E-03

7,78E+00

6,04E-01

6,17E-01

2,31E-08

1,30E-03

1,60E+00

1,47E-01

1,46E+01

3,60E+00

et une répartition par phase de cycle de vie pour les datacenters de type colocation en fonction de leur localisation (ici France et Europe):

Impacts des datacenters de type colocation par kWh consommé et par phase du cycle de vie
	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
colocation FR - Use	3,16E-08	1,28E+01	3,85E-04	4,72E-01	6,70E-02	1,73E+00	1,50E-08	1,58E-04	1,62E-01
colocation FR - %Use	8,68E-03	8,68E-01	2,65E-01	1,23E-01	2,57E-01	9,95E-01	7,48E-01	2,63E-01	1,80E-01
colocation - Fab	3,61E-06	1,94E+00	1,07E-03	3,35E+00	1,94E-01	9,24E-03	5,05E-09	4,43E-04	7,37E-01
colocation FR	3,64E-06	1,47E+01	1,45E-03	3,82E+00	2,61E-01	1,74E+00	2,00E-08	6,01E-04	8,99E-01
EU - Use	2,97E-08	1,04E+01	2,34E-03	4,43E+00	4,10E-01	6,08E-01	1,81E-08	8,53E-04	8,60E-01
colocation EU - %Use	8,16E-03	8,43E-01	6,87E-01	5,69E-01	6,79E-01	9,85E-01	7,82E-01	6,58E-01	5,38E-01
colocation EU	3,64E-06	1,23E+01	3,41E-03	7,78E+00	6,04E-01	6,17E-01	2,31E-08	1,30E-03	1,60E+00

A la recherche de la consommation des datacenters !

Fort de ces facteurs d’impacts par kWh pour les phases de fabrication et d’utilisation des datacenters, l’enjeu devient donc d’évaluer la consommation électrique des datacenters des fournisseurs de services SAAS.

Or, ces données sont potentiellement présentes dans les rapports extra financiers publiés par les entreprises: Rapports de type ESG/Environment, Social and Governance ou CSR/Corporate Social Responsibility.

Etude du standard SASB (Sustainability Accounting Standards Board)

Le SASB est une organisation à but non lucratif, fondée en 2011 par Jean Rogers pour développer des normes comptables de développement durable. L’initiative est une réponse à la demande des investisseurs, gestionnaires d'actifs et assureurs de plus en plus sensibles à l'impact des critères environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) sur la performance financière des entreprises.

Les principes essentiels du SASB sont ²:

• Applicabilité mondiale
• Matérialité financière
• Approche de l'établissement de normes :
  • Spécificités industrielles
  • Basé sur des preuves
  • Information des marchés

C’est l’adaptation du standard aux “spécificités industrielles” qui est intéressante puisqu’on y trouve une déclinaison pour les “software et IT services” ³ :

Dans ce document spécifique existe une section qui concerne la consommation électrique des datacenters:

Limites de l’approche

• Une première limite de cette approche tient au fait que ces rapports extra financiers ne sont pas obligatoires hors Europe (et même si ils le sont en Europe, de nombreuses entreprises ne jouent pas le jeu).
• Une deuxième limite est que les entreprises ne remplissent pas systématiquement les champs de la structure proposée. Elles ajoutent souvent une simple référence à un rapport “RSE” qu'il faut alors décrypter attentivement.
• Une troisième limite, plus cachée, est que les données de consommation des datacenters présentes dans les rapports extra financiers publiés par les entreprises excluent (la plupart du temps) les consommations indirectes liées à l’outsourcing de l’hébergement.

Il nous faut donc trouver des exemples de services SAAS dont l’infrastructure n’est pas (ou peu) externalisée OU qui publie (c’est rare) leur consommation indirecte (IAAS, colocation, ..)

Cas d’usage du streaming

Pour traiter le cas d’usage du Streaming, il nous faut la consommation de l'infrastructure (datacenters) nécessaire à une activité SAAS de streaming (hors production des films/séries) et des données d’usage (nombre d’heures, résolution moyenne utilisée, …).

Consommation des datacenters

Pour la partie consommation nous avons étudié les données extra financières de Netflix.

En 2019, Netflix déclare les consommations suivantes ⁴ :

• Direct Electricity (MWh) : 94000
• InDirect Electricity (MWh) : 357000

La consommation “indirecte” inclut les infrastructures externalisées chez AWS et GCP mais aussi les serveurs “Open Connect” installés chez les FAI.

A partir de 2020 seule la “Direct Electricity” est déclarée en étant répartie sur les catégories “Hardware Infrastructure” and “Remaining” (studio de production, workplace etc …). En 2020, la consommation électrique liée à l’infrastructure interne est de 30% du total ⁵.

En synthèse, les dernières données complètes sont celles de 2019 :

• 357000 MWh de consommation électrique des datacenters externes
• 30% de 94000 MWh correspondant à la consommation de l’infrastructure interne

soit une consommation totale de l’infrastructure datacenter de 385200 MWh

Données d’usage

Pour les données d’usage, le rapport de 2019 [5] indique 167 millions d’abonnés et l’étude de Carbon Brief ⁶ sur le streaming indique des données d’usage complémentaires pour la même année 2019:

• taille moyenne d’une heure de streaming: 1,9 GB
• nombre d’heures / jour / abonné: 2

Ces données nous permettent d’obtenir un ratio de consommation électrique de datacenter par GB “streamé”, soit 3,16Wh/GB

Il est aussi utile d’obtenir un volume de consommation de données par heure de streaming en fonction du type et de la qualité des streaming :

Type of streaming	Data consumption (GB/hour)	Source
144p (lowest) - Video - YouTube	0,1	ElectronicHub.org [^8]
240p - Video -YouTube	0,3	ElectronicHub.org [^8]
SD (standard definition) - Video - Netflix & YouTube	0,7	Carbon Brief [7]
HD - Video - Netflix (1080p)	3	Carbon Brief [7]
4k - Video - Netflix	7	Carbon Brief [7]
Mobile - Video - Netflix	0,25	Carbon Brief [7]
128 kpbs - Audio (Deezer, ..)	0,0576	calcul
320 kpbs - Audio (Deezer, ..)	0,144	calcul
FLAC hifi 1411kbps - Audio (Deezer, ..)	0,63495	calcul

Impacts des datacenters

L'utilisation des facteurs d’impact par kWh pour les datacenters de type colocation nous permet d’obtenir les impacts suivants pour 1 GB de données streamées:

	ADPe (kg SB eq.)	ADPf (MJ)	AP (mol H+ eq.)	CTUe (CTUe)	GWP (kg CO2 eq.)	IR (kg U235 eq.)	PM (Disease occurrence)	POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Impact fab / GB	6,00E-09	3,23E-03	1,77E-06	5,58E-03	3,22E-04	1,54E-05	8,39E-12	7,36E-07	1,23E-03
Impact use / GB Europe	4,94E-11	1,73E-02	3,89E-06	7,37E-03	6,82E-04	1,01E-03	3,01E-11	1,42E-06	1,43E-03
Impact use/GB France	5,26E-11	2,13E-02	6,40E-07	7,85E-04	1,11E-04	2,88E-03	2,49E-11	2,63E-07	2,69E-04

La déclinaison par typologie de streaming aboutit aux impacts multi-critères des datacenters suivants (avec une hypothèse de mix électrique européen ):

---

Impact des datacenters avec un mix électrique européen
Type of streaming	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
144p	6,05E-10	2,05E-03	5,67E-07	1,29E-03	1,00E-04	1,03E-04	3,85E-12	2,15E-07	2,66E-04
240p	1,82E-09	6,16E-03	1,70E-06	3,88E-03	3,01E-04	3,08E-04	1,15E-11	6,46E-07	7,97E-04
SD	4,24E-09	1,44E-02	3,97E-06	9,06E-03	7,03E-04	7,19E-04	2,69E-11	1,51E-06	1,86E-03
HD	1,82E-08	6,16E-02	1,70E-05	3,88E-02	3,01E-03	3,08E-03	1,15E-10	6,46E-06	7,97E-03
4k	4,24E-08	1,44E-01	3,97E-05	9,06E-02	7,03E-03	7,19E-03	2,69E-10	1,51E-05	1,86E-02
Mobile - Video	1,51E-09	5,13E-03	1,42E-06	3,24E-03	2,51E-04	2,57E-04	9,62E-12	5,39E-07	6,64E-04
128 kpbs - Audio	3,49E-10	1,18E-03	3,26E-07	7,46E-04	5,78E-05	5,91E-05	2,22E-12	1,24E-07	1,53E-04
320 kpbs - Audio	8,71E-10	2,95E-03	8,16E-07	1,86E-03	1,45E-04	1,48E-04	5,54E-12	3,10E-07	3,82E-04
FLAC hifi 1411kbps - Audio	3,84E-09	1,30E-02	3,60E-06	8,22E-03	6,38E-04	6,52E-04	2,44E-11	1,37E-06	1,69E-03

Impact des terminaux

Il est possible d’utiliser deux sources de données ouvertes pour des facteurs d’impacts multicritères sur les terminaux:

• la Base Empreinte de l’ADEME: Cette base présente des impacts par an sur l’ensemble du cycle de vie. Cependant, pour les éléments issus de l’étude NegaOctet, la phase d’usage n’est pas inclue dans les facteurs d’impacts et il faut les “reconstituer” via la consommation électrique qui est fournie. Cela implique d’avoir les impacts multicritères de la consommation électrique pour les pays que l’on considère. De plus, les impacts fournis sont annualisés. Pour l’utiliser de manière paramétrique il faut intégrer la durée de vie documentée, ce qui donne les impacts suivants sur l’ensemble du cycle de vie (hors usage):
  

Par équipement	Usage	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Ordinateurs portables	Particulier	8,00E-03	2,36E+03	9,95E-01	3,05E+03	1,75E+02	7,55E+01	5,85E-06	4,50E-01	6,80E+02
Ordinateurs portables	Pro	8,60E-03	2,41E+03	1,04E+00	2,92E+03	1,81E+02	7,36E+01	6,08E-06	4,60E-01	6,80E+02
Tablettes	Particulier	3,75E-03	1,00E+03	4,65E-01	1,54E+03	7,59E+01	3,24E+01	2,62E-06	1,96E-01	2,79E+02
Smartphones	Particulier	2,05E-03	1,11E+03	4,80E-01	1,34E+03	8,40E+01	1,37E+01	2,70E-06	1,98E-01	2,50E+02
TVs	Particulier	3,83E-02	6,61E+03	2,38E+00	5,30E+03	3,60E+02	9,60E+02	1,39E-05	1,06E+00	1,88E+03
TVs	Pro	2,49E-02	3,03E+03	9,44E-01	1,73E+03	1,52E+02	3,30E+02	5,94E-06	4,69E-01	1,00E+03

• les impacts documentés dans le rapport ADEME/ARCEP ⁷
  Ceux-ci incluent uniquement la phase de fabrication (par unité). Pour inclure la phase d’usage, il faut considérer les consommations électriques moyennes également documentées dans le rapport.

Par équipement	Usage	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Ordinateurs portables	Particulier	1,08E-02	2,36E+03	1,08E+00	3,64E+03	1,76E+02	1,16E+02	6,08E-06	4,35E-01	-3,14E+01
Ordinateurs portables	Pro	9,13E-03	2,11E+03	9,88E-01	3,14E+03	1,60E+02	7,39E+01	5,60E-06	3,97E-01	7,04E+02
Tablettes	Particulier	4,06E-03	1,30E+03	5,89E-01	1,77E+03	9,83E+01	3,21E+01	3,30E-06	2,81E-01	3,22E+02
Tablettes	Pro	4,06E-03	1,30E+03	5,89E-01	1,77E+03	9,83E+01	3,21E+01	3,30E-06	2,81E-01	3,22E+02
Smartphones	Particulier	2,65E-03	1,18E+03	5,22E-01	1,46E+03	8,85E+01	1,44E+01	2,91E-06	2,33E-01	-2,61E+00
Smartphones	Pro	2,65E-03	1,18E+03	5,22E-01	1,46E+03	8,85E+01	1,44E+01	2,91E-06	2,33E-01	-2,61E+00
Feature phones	Particulier	3,33E-03	2,76E+02	1,51E-01	3,51E+02	2,42E+01	5,69E+00	8,21E-07	5,97E-02	1,14E+02
Feature phones	Pro	3,33E-03	2,76E+02	1,51E-01	3,51E+02	2,42E+01	5,69E+00	8,21E-07	5,97E-02	1,14E+02
Ordinateurs fixes	Particulier	1,63E-02	4,80E+03	1,62E+00	6,81E+03	2,65E+02	8,16E+02	9,29E-06	6,41E-01	1,63E+03
Ordinateurs fixes	Pro	1,39E-02	3,21E+03	1,20E+00	5,02E+03	1,95E+02	5,46E+02	7,05E-06	4,66E-01	1,20E+03
Ecrans d'ordinateurs	Particulier	1,13E-02	1,30E+03	4,12E-01	9,10E+02	6,55E+01	1,44E+02	2,49E-06	1,87E-01	-3,57E+01
Ecrans d'ordinateurs	Pro	1,13E-02	1,30E+03	4,12E-01	9,10E+02	6,55E+01	1,44E+02	2,49E-06	1,87E-01	4,73E+02
TVs	Particulier	3,95E-02	4,41E+03	1,40E+00	3,44E+03	2,22E+02	4,86E+02	8,35E-06	6,20E-01	1,62E+03
TVs	Pro	2,90E-02	3,22E+03	1,04E+00	2,58E+03	1,63E+02	3,51E+02	6,07E-06	4,68E-01	1,17E+03

Pour des raisons pratiques nous avons utilisé les impacts de fabrication documentés dans le rapport ADEME/ARCEP.

A noter qu’il existe de légères différences entre ces deux sources même si elles proviennent du même projet, à savoir NegaOctet, mais certainement à des temporalités différentes.

L’allocation des impacts des terminaux se fait sur la durée d’usage du service par rapport à la durée d’usage totale.

Impacts du réseau

La base Empreinte de l’ADEME contient des facteurs d’impact multicritères pour les réseaux fixe et mobile. L’allocation est réalisée en fonction du volume de données transféré.

Base Empreinte

PEF-ADPe (kg SB eq.)

PEF-ADPf (MJ)

PEF-AP (mol H+ eq.)

PEF-CTUe (CTUe)

PEF-GWP (kg CO2 eq.)

PEF-IR (kg U235 eq.)

PEF-PM (Disease occurrence)

PEF-POCP (kg NMVOC eq.)

MIPS (kg)

Usage

PEF-ADPe (kg SB eq.)

PEF-ADPf (MJ)

Réseau mobile (Go)

1,09E-06

3,21E+00

1,11E-04

1,11E-01

2,38E-02

4,44E-01

3,82E-09

5,60E-05

9,09E-02

0,00E+00

3,31E+00

8,51E-01

Réseau fixe (Go)

1,70E-07

9,75E-01

4,69E-05

3,24E-02

9,03E-03

1,36E-01

1,21E-09

2,28E-05

3,87E-02

0,00E+00

9,62E-01

2,47E-01

A noter, qu’une mise à jour sera nécessaire pour prendre en compte les derniers facteurs d’impact issus du rapport 2024 sur les impacts des FAI.

Résultats et validation

L’ensemble de ces éléments nous a permis de créer un calculateur paramétrique pour évaluer un service numérique de streaming:

Service
Service type	Streaming
Streaming type	240p - Video -YouTube
Service use duration (mn)	60
Datacenter
Location	France
Network
	Mobile	Fixe
Mix	100%	0%
Devices
	Smartphone	Tablet	Laptop	TV
Daily use (mn) / device	160,8	207	207	166,8
Mix (%)	33%	67%	0%	0%
Lifetime (years)	2	3	4	6
Yearly Electricity Consumption(kWh)	4	19	31	179

Résultats pour du streaming 240p avec réseau mobile sur Tablette (67%) et smartphone (33%) et datacenter en France
	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Tier 1 (devices)	1,01E-06	5,11E-01	1,68E-04	5,05E-01	2,84E-02	2,79E-02	1,09E-09	7,00E-05	9,35E-02
Tier 2 (network)	3,26E-07	9,62E-01	3,34E-05	3,34E-02	7,14E-03	1,33E-01	1,15E-09	1,68E-05	2,73E-02
Tier 3 (datacenter)	1,82E-09	7,35E-03	7,24E-07	1,91E-03	1,30E-04	8,68E-04	1,00E-11	3,00E-07	4,49E-04
Total	1,34E-06	1,48E+00	2,02E-04	5,40E-01	3,57E-02	1,62E-01	2,25E-09	8,71E-05	1,21E-01

Comparaison avec les évaluations de la base Empreinte de l’ADEME

La base Empreinte contient un certain nombre de scénarios de streaming provenant du projet NegaOctet, qui apparaissent comme une bonne base de comparaison. Nous avons injecté les mêmes hypothèses dans notre calculateur pour obtenir les résultats suivants :

	ADPe (kg SB eq.)	ADPf (MJ)	AP (mol H+ eq.)	CTUe (CTUe)	GWP (kg CO2 eq.)	IR (kg U235 eq.)	PM (Disease occurrence)	POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Base Empreinte- 1080p/ Fixe/82% TV 18% laptop	7,73E-06	4,22E+00	3,95E-04	9,20E-01	6,22E-02	6,57E-01	5,79E-09	1,66E-04	3,95E-01
Modèle Hubblo	6,24E-06	5,57E+00	4,42E-04	8,00E-01	7,63E-02	7,40E-01	7,31E-09	1,97E-04	3,65E-01
Hubblo / base empreinte	80,72%	132,09%	111,95%	86,93%	122,64%	112,68%	126,18%	118,88%	92,46%
Base Empreinte- 1080p /mobile / 67% tablet, 33% smartphone	6,15E-06	1,16E+01	6,65E-04	1,44E+00	1,04E-01	1,56E+00	1,45E-08	2,62E-04	5,01E-01
Modèle Hubblo	4,45E-06	1,03E+01	5,48E-04	9,39E-01	1,08E-01	1,36E+00	1,28E-08	2,65E-04	3,39E-01
Hubblo / base empreinte	72,32%	88,47%	82,36%	65,20%	103,41%	87,31%	88,41%	101,25%	67,69%
Base Empreinte- 4k / Fixe / 82% TV 18% laptop	9,84E-06	8,22E+00	6,24E-04	1,43E+00	9,83E-02	1,21E+00	1,08E-08	2,58E-04	5,91E-01
Modèle Hubblo	6,94E-06	9,56E+00	6,52E-04	9,81E-01	1,16E-01	1,29E+00	1,23E-08	2,97E-04	5,30E-01
Hubblo / base empreinte	70,57%	116,27%	104,54%	68,61%	118,44%	106,65%	113,71%	115,11%	89,76%
Base Empreinte- 4k / mobile / 67% tablet, 33% smartphone	1,25E-05	2,46E+01	1,30E-03	2,66E+00	2,03E-01	3,35E+00	3,03E-08	5,13E-04	1,02E+00
Modèle Hubblo	8,82E-06	2,32E+01	1,02E-03	1,44E+00	2,07E-01	3,14E+00	2,82E-08	4,98E-04	7,13E-01
Hubblo / base empreinte	70,58%	94,21%	78,11%	54,01%	101,85%	93,76%	93,23%	97,02%	69,93%
Base Empreinte- 720p/ Fixe / 82% TV 18% laptop	6,52E-06	1,92E+00	2,63E-04	6,29E-01	4,14E-02	3,37E-01	2,93E-09	1,12E-04	2,83E-01
Modèle Hubblo	5,83E-06	3,28E+00	3,21E-04	6,95E-01	5,32E-02	4,24E-01	4,45E-09	1,40E-04	2,70E-01
Hubblo / base empreinte	89,48%	171,03%	122,19%	110,57%	128,50%	125,82%	151,71%	125,04%	95,48%
Base Empreinte- 720p / mobile / 67% tablet, 33% smartphone	2,47E-06	4,09E+00	2,99E-04	7,46E-01	4,75E-02	5,29E-01	5,34E-09	1,17E-04	2,00E-01
Modèle Hubblo	1,93E-06	2,84E+00	2,79E-04	6,53E-01	5,05E-02	3,39E-01	3,95E-09	1,32E-04	1,24E-01
Hubblo / base empreinte	78,25%	69,35%	93,24%	87,49%	106,30%	64,13%	73,93%	112,50%	62,00%

Les résultats semblent cohérents. Sur l’indicateur GWP, on constate une faible variation, de 1 à 28 %, sur les 6 scénarios de la base Empreinte.

Cas d’usage des réseaux sociaux

Pour traiter le cas d’usage des réseaux sociaux, il nous faut la consommation de l'infrastructure (datacenters) nécessaire à une activité SAAS de type “réseau social” et des données d’usage (nombre d’utilisateurs, nombre d’heures, volume de données, …).

Consommation des datacenters

Pour la partie consommation nous avons étudié les données extra financières de Meta et notamment le “Meta 2023 Sustainability Report” ⁸ qui reprend l’ensemble des consommations des datacenters depuis 2017. On retrouve une synthèse de ces données dans le rapport “Measuring the Emissions & Energy Footprint of the ICT Sector” de World bank et ITU ⁹.

	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Consommation datacenters (TWh)	2,36	3,25	4,92	6,97	9,12	11,17
Consommation Offices	0,10	0,18	0,22	0,20	0,30	0,34
Consommation électricité Total (TWh)	2,46	3,43	5,14	7,17	9,42	11,51
% datacenters	95,86%	94,72%	95,68%	97,15%	96,78%	97,04%

Données d’usage

Meta ne fournit pas ou peu de données précises sur la nature et le volume des usages effectuées sur l’ensemble de ses médias/réseaux sociaux. On trouve uniquement dans les rapports financiers l’indicateur des “Monthly Active Users” car il est utile pour valider l'efficacité et la valorisation financière des médias sociaux de Meta.

D’autres sources référencées ci dessous nous ont permis de compléter ces données. En voici la synthèse pour l’année 2021, la dernière pour laquelle nous avions une complétude des données:

Facebook
Average monthly active users per year	2,91E+09	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Hours consumed (networked) per monthly active user per year (h)	201	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Total hours consumed (networked) per year (h)	5,84E+11	Calcul
Instagram
Average monthly active users per year	1,47E+09	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Hours consumed (networked) per monthly active user per year (h)	176	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Total hours consumed (networked) per year (h)	2,59E+11	Calcul
WhatsApp
Average monthly active users per year	4,31E+08	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Hours consumed (networked) per monthly active user per year (h)	189	https://www.broadbandsearch.net/blog/average-daily-time-on-social-media
Total hours consumed (networked) per year (h)	8,13E+10	Calcul
Meta Quest
Average monthly active users per year	6,37E+06	https://mixed-news.com/en/meta-quest-monthly-active-users-report/
Hours consumed (networked) per monthly active user per year (h)	72	https://variety.com/2019/digital/news/vr-headsets-6-hours-a-month-1203211063/
Total hours consumed (networked) per year (h)	4,59E+08	Calcul
Synthèse
Average monthly active users per year (#)	3,59E+09	https://investor.fb.com/investor-news/press-release-details/2022/Meta-Reports-Fourth-Quarter-and-Full-Year-2021-Results/default.aspx
Hours consumed (networked) per monthly active user per year	258	Calcul
Total hours consumed (networked) per year	9,25E+11	Calcul
kWh/hour	9,85E-03	Calcul

Impacts des datacenters

L'utilisation des facteurs d’impact par kWh pour les datacenters de type colocation nous permet d’obtenir les impacts environnementaux multi-critères suivants pour une heure d’usage des réseaux sociaux :

Impacts d'une heure d'usage de réseaux sociaux	ADPe (kg SB eq.)	ADPf (MJ)	AP (mol H+ eq.)	CTUe (CTUe)	GWP (kg CO2 eq.)	IR (kg U235 eq.)	PM (Disease occurrence)	POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
avec Datacenters en Europe	3,59E-08	1,22E-01	3,36E-05	7,67E-02	5,95E-03	6,08E-03	2,28E-10	1,28E-05	1,57E-02
fabrication	3,56E-08	1,91E-02	1,05E-05	3,30E-02	1,91E-03	9,10E-05	4,97E-11	4,36E-06	7,26E-03
usage	2,93E-10	1,02E-01	2,31E-05	4,37E-02	4,04E-03	5,99E-03	1,78E-10	8,41E-06	8,47E-03
avec Datacenters en Europe	3,59E-08	1,45E-01	1,43E-05	3,77E-02	2,57E-03	1,71E-02	1,98E-10	5,92E-06	8,86E-03
fabrication	3,56E-08	1,91E-02	1,05E-05	3,30E-02	1,91E-03	9,10E-05	4,97E-11	4,36E-06	7,26E-03
usage	3,11E-10	1,26E-01	3,79E-06	4,65E-03	6,60E-04	1,70E-02	1,48E-10	1,56E-06	1,60E-03

Résultats et validation

L’ensemble de ces éléments nous a permis de créer un calculateur paramétrique pour évaluer l’usage d’un service numérique de type réseau social:

Service
Service type	Social Network
Consumption type	Standard
Service use duration (mn)	60
DC
Location	Europe
Network
	Mobile	Fixe
Mix	77%	23%
Devices
	Smartphone	Tablet	Laptop	TV
Daily use (mn)	160,8	207	207	166,8
Mix (%)	33%	67%	0%	0%
Lifetime (years)	3	3	4	6
Yearly Electricity Consumption (kWh)	4	19	31	179

Résultats pour 1h d’usage des réseaux sociaux avec réseau mobile (67%) sur tablette (67%) et smartphone (33%) et datacenter en France
	PEF-ADPe (kg SB eq.)	PEF-ADPf (MJ)	PEF-AP (mol H+ eq.)	PEF-CTUe (CTUe)	PEF-GWP (kg CO2 eq.)	PEF-IR (kg U235 eq.)	PEF-PM (Disease occurrence)	PEF-POCP (kg NMVOC eq.)	MIPS (kg)
Tier 1 (devices)	1,01E-06	5,11E-01	1,68E-04	5,05E-01	2,84E-02	2,79E-02	1,09E-09	7,00E-05	9,35E-02
Tier 2 (network)	6,14E-07	1,89E+00	6,75E-05	6,53E-02	1,43E-02	2,61E-01	2,25E-09	3,38E-05	5,52E-02
Tier 3 (datacenter)	2,51E-08	8,51E-02	2,35E-05	5,37E-02	4,17E-03	4,26E-03	1,60E-10	8,94E-06	1,10E-02
Total	1,65E-06	2,48E+00	2,59E-04	6,24E-01	4,68E-02	2,93E-01	3,50E-09	1,13E-04	1,60E-01

Note: pour les parties terminaux et réseau nous avons repris les facteurs d’impacts multi-critères décrits dans le cas d’usage streaming.

Cas d’usage du moteur de recherche

Quels sont la consommation électrique et l’impact environnemental (ici focalisé sur le datacenter) d’une recherche sur un moteur en ligne ?

C’est une question légitime car c’est une habitude quotidienne pour des milliards d’internautes. Google, le moteur de recherche le plus utilisé dans le monde publiait en 2009 l’article “Powering a Google search” qui indiquait qu’une recherche consommait 0.0003 kWh d’électricité et générait 0.0002KgCo2eq.

Cependant, dans cet article, le détail de la méthode d’évaluation n’était pas fourni, et le périmètre n’était pas clair (est ce que ce calcul intègrait la consommation électrique du crawling / de l’indexation, de la réplication des bases sur les millions de serveurs opérés, de la gestion et de l’affichage des multiples formats publicitaires, du profiling utilisateur, de tous les équipements numériques au delà des serveurs…etc).

15 ans plus tard, la situation a peu évolué, et aucun acteur de la recherche en ligne ne communique d’informations précises sur le sujet. Nous avons donc décidé de réaliser notre propre évaluation de l’impact environnemental d’une recherche sur un moteur en ligne, en nous basant sur des données de consommation des datacenters Alphabet / Google.

Consommation des datacenters

Alphabet (maison mère de Google) communique à propos de sa consommation électrique dans ses “Environmental Report”. En 2023, la société annonçait une consommation électrique totale de 21 776 200 MWh pour l’année 2022. De cette consommation électrique totale, et des ratios constatés chez un acteur similaire comme Meta, nous faisons l’hypothèse que 97% sont liés à la consommation électrique des datacenters, soit 21 131 484 MWh. Mais évidemment nous ne pouvons pas imputer cette consommation électrique exclusivement aux recherches sur le moteur Google car Alphabet / Google opèrent de multiples services (Google search, Gmail, Google maps, Google play, Youtube, Google Network, Google Cloud...etc.)

Nous pouvons cependant

1. isoler et exclure la consommation électrique de Google Cloud qui est documentée par la World Bank et l’ITU dans le rapport Measuring the Emissions & Energy Footprint of the ICT Sector, soit 6 000 000 MWh (pour 26,28 milliards de dollars de revenus)
2. tirer parti des informations financières Alphabet (en particulier des revenus) pour allouer la consommation électrique des datacenters aux différentes lignes de produits. Dans ce dernier document, “Google Search & other” (Google search, Gmail, Google Maps et les publicités sur Google Play) généraient 162 milliards de dollars sur un total de 282 milliards pour l’ensemble des lignes de services / produits.
3. tirer parti d’estimations des revenus générés par Gmail ($3,8Md), Google Maps ($9,7Md), les publicités sur Google Play ($9,4Md), et in fine Google search seul ($139Md) pour sous-allouer la consommation électrique des datacenters.

Ces différents calculs et allocations monétaires nous permettent d’aboutir à une consommation électrique des datacenters de Google search pour l’année 2022 estimée à 8 228 639 Mwh.

Item	Unité	Valeur	Source
Consommation électrique Alphabet 2022	Mwh	21 776 200	Google Environmental Report 2023
- Part consommation électrique DC (Vs Total)	%	97%	Hypothèse
- Consommation électrique Alphabet 2022 attribuable aux DC	Mwh	21 131 484	Calcul
- Consommation électrique Google Cloud	Mwh	6 000 000	ITU / WB - Measuring the Emissions & Energy Footprint of the ICT Sector
- Consommation électrique Alphabet DC 2022 hors Google Cloud	Mwh	15 131 484	Calcul
Alphabet Total revenues 2022	Millions dollars	$282 836	Alphabet Annual Report
Google Search & other (Gmail, Google Maps, and Google Play) revenues 2022	Millions dollars	$162 450	Alphabet Annual Report
- Gmail ad revenues 2022	Millions dollars	$3 833	Estimation
- Google maps ad revenues 2022	Millions dollars	$9 700	Estimation
- Google play ad revenues 2022	Millions dollars	$9 400	Estimation
- dont Google Search revenues 2022	Millions dollars	$139 518	Calcul
Google Cloud revenues 2022	Millions dollars	$26 280	Alphabet Annual Report
Alphabet Total revenues 2022 hors Google Cloud	Millions dollars	$256 556	Calcul
Consommation électrique Alphabet attribuable à Google Search	Mwh	8 228 639	Calcul

Données d’usage

Google ne communique plus sur le nombre de requêtes lancées par les internautes. Le dernier chiffre connu date du Google Zeitgeist 2012, et à l’époque 1 200 milliards de requêtes avaient été lancées par les internautes dans l’année. Cette année-là, la croissance du nombre de requêtes lancées par rapport à l’année précédente (2011) était de +10%. En faisant l’hypothèse que cette croissance s’est poursuivie de 2012 à 2022, nous estimons que 3 110 milliards de requêtes Google search ont été lancées par les internautes cette dernière année.

Avec une consommation électrique des datacenters Google search pour l’année 2022 estimée à 8 228 639 Mwh, et un nombre de requêtes pour la même année estimé à 3 110 milliards, nous estimons donc qu’une requête unitaire consomme 0,002644 Kwh.

Quelques remarques s’imposent :

• C’est un chiffre basé exclusivement sur des données publiques
• Nous avons dû faire des hypothèses fortes / estimations / allocations sur de nombreux sujets
• A priori, cette estimation intègre l’ensemble des consommation rentrant en jeu dans la production d’un résultat de recherche (crawling / indexation, réplication, gestion et affichage de la publicité, profiling utilisateur, équipements au delà des serveurs…etc)

Impacts des datacenters

L'utilisation des facteurs d’impact par kWh pour les datacenters de type colocation nous permet d’obtenir les impacts environnementaux multi-critères suivants pour une requête de recherche :

Réaliser 1 recherche sur Google 2022 - Impact datacenter

Epuisement des ressources abiotiques naturelles - éléments - kg Sb eq.

Epuisement ressources abiotiques naturelles - fossiles - M

Acidification - mol H+ eq.

Ecotoxicité - CTUe

Changeme nt climatique - kg CO2 eq.

Radiations ionisantes - kBq U235 eq.

Emissions de particules fines - Disease occurrence

Création d'ozone photochimi que - kg NMVOC eq.

MIPS - kg

Production de déchets - kg

Consommation d'énergie primaire - MJ

Consommation d'énergie finale (usage) - MJ

Réaliser 1 recherche sur un moteur de recherche - Impact datacenter France

9,62E-09

3,90E-02

3,84E-06

1,01E-02

6,90E-04

4,60E-03

5,30E-11

1,59E-06

2,38E-03

3,90E-04

4,27E-02

9,53E-03

Fabrication

9,54E-09

5,13E-03

2,82E-06

8,87E-03

5,13E-04

2,02E-05

1,34E-11

1,17E-06

1,95E-03

3,90E-04

5,65E-03

9,93E-06

Usage

8,36E-11

3,38E-02

1,02E-06

1,25E-03

1,77E-04

4,58E-03

3,96E-11

4,18E-07

4,29E-04

0,00E+00

3,70E-02

9,52E-03

Réaliser 1 recherche sur un moteur de recherche - Impact datacenter Europe

9,62E-09

3,26E-02

9,01E-06

2,06E-02

1,60E-03

1,63E-03

6,13E-11

3,43E-06

4,22E-03

3,90E-04

3,87E-02

9,53E-03

- fabrication

9,54E-09

5,13E-03

2,82E-06

8,87E-03

5,13E-04

2,02E-05

1,34E-11

1,17E-06

1,95E-03

3,90E-04

5,65E-03

9,93E-06

Usage

7,85E-11

2,75E-02

6,19E-06

1,17E-02

1,08E-03

1,61E-03

4,79E-11

2,26E-06

2,27E-03

0,00E+00

3,30E-02

9,52E-03

Réaliser 1 recherche sur un moteur de recherche - Impact datacenter US

9,60E-09

3,58E-02

1,05E-05

2,61E-02

1,96E-03

1,24E-03

6,50E-11

4,18E-06

4,88E-03

3,90E-04

3,63E-02

9,53E-03

Fabrication

9,54E-09

5,13E-03

2,82E-06

8,87E-03

5,13E-04

2,02E-05

1,34E-11

1,17E-06

1,95E-03

3,90E-04

5,65E-03

9,93E-06

Usage

5,84E-11

3,07E-02

7,64E-06

1,72E-02

1,45E-03

1,22E-03

5,16E-11

3,01E-06

2,93E-03

0,00E+00

3,07E-02

9,52E-03

Réaliser 1 recherche sur un moteur de recherche - Impact datacenter Monde

9,74E-09

3,58E-02

1,05E-05

2,61E-02

1,96E-03

1,24E-03

6,50E-11

4,18E-06

4,88E-03

3,90E-04

3,63E-02

9,53E-03

Fabrication

9,54E-09

5,13E-03

2,82E-06

8,87E-03

5,13E-04

2,02E-05

1,34E-11

1,17E-06

1,95E-03

3,90E-04

5,65E-03

9,93E-06

Usage

1,96E-10

3,07E-02

7,64E-06

1,72E-02

1,45E-03

1,22E-03

5,16E-11

3,01E-06

2,93E-03

0,00E+00

3,07E-02

9,52E-03

La question de la topographie exacte du réseau Google (ou autre opérateur de moteurs de recherche) se pose : Quand nous lançons une recherche, est ce que celle-ci s’appuie sur des infrastructures en France, en Europe, aux USA, ou dans le monde ? Google et les autres opérateurs ne donnent pas d’informations précises sur ce sujet, mais il nous semble probable qu’une recherche mobilise des infrastructures en Europe ou dans le Monde.

A noter : L’impact du réseau et des terminaux pour une recherche sur un moteur en ligne n’ont pas été développés dans le cadre de cet article.

Validation et comparaison

Notre estimation de la consommation électrique coté datacenter d’une requête de recherche est 8,8 fois supérieure à celle publiée par Google en 2009, malgré les gains d’efficacité énergétique de l’IT depuis. Nous faisons plusieurs hypothèses qui devront être challengées / consolidées dans le futur avec l’aide de la communauté :

• La consommation électrique des datacenters n’est pas proportionnelle aux revenus des lignes de services / produits, et certaines lignes minoritaires en revenus génèrent des consommation électriques importantes
• La recherche s’est complexifiée depuis 2009, entraînant une augmentation de la consommation électrique
• Le nombre de requêtes lancées par les internautes est supérieur à notre estimation
• Le périmètre évalué dans l’article de 2009 couvrait un sous ensemble des équipements / process impliqués
• Il y a des coquilles dans nos calculs (c’est possible, aidez nous à les corriger ;)
• D’autres possibilités ?

Cas d’usage de l’hébergeur mail en ligne

Quels sont la consommation électrique et l’impact environnemental (ici focalisé sur le datacenter) de l’envoi ou de la réception d’un mail chez un hébergeur grand public ? Comme pour une recherche sur internet, c’est une pratique quotidienne, et comme pour une recherche internet, Google a publié un article sur le sujet en 2011. Dans Google’s Green Computing: Efficiency at Scale, l’acteur indique qu’avez Gmail, la consommation électrique par utilisateur de messagerie est inférieur à 2.2 kWh/an (“storing, hosting and serving emails” - sur le tiers datacenter donc), soit moins de 1,23 KgCo2eq/an (toujours selon Google).

Mais, comme pour la recherche sur internet le détail de la méthode d’évaluation n’était pas fourni, et le périmètre n’était pas clair. 13 ans plus tard, la situation a peu évolué, et aucun acteur de l’hébergement de mails en ligne ne communique d’informations précises sur le sujet. Nous avons donc décidé de réaliser notre propre évaluation de l’impact environnemental axé sur l’envoi / la réception de mails, en nous basant sur des données de consommation des datacenters Alphabet / Google / Gmail.

Consommation des datacenters

L’essentiel de la méthode d’évaluation de la consommation électrique des datacenters Alphabet / Google / Gmail a été décrit ci-dessus dans le paragraphe ”Cas d’usage du moteur de recherche”, et est basé sur des ratios monétaires liés aux revenus des lignes de services / produits Alphabet.

Malheureusement les revenus Alphabet / Google concernant Gmail ne sont pas publics, et il est nécessaire de s’appuyer sur des estimations.

• Signhouse estime qu’il y avait 2,1 milliard d’utilisateur de Gmail en 2022
• Les revenus publicitaires de Gmail sont estimés à $0,005/utilisateur/jour par des analystes, soit $1,83/utilisateur/an
• Dans ce contexte, les revenus annuels de Gmail sont estimés à $3,8 milliards, à comparer aux $282 milliards / 21 131 484 Mwh d’Alphabet

Ces différents calculs et allocations monétaires nous permettent d’aboutir à une consommation électrique des datacenters Gmail pour l’année 2022 estimée à 226 038 Mwh.

Item	Unité	Valeur	Source
Consommation électrique Alphabet 2022	Mwh	21 776 200	Google Environmental Report 2023
- Part consommation électrique DC (Vs Total)	%	97%	Hypothèse
- Consommation électrique Alphabet 2022 attribuable aux DC	Mwh	21 131 484	Calcul
- Consommation électrique Google Cloud	Mwh	6 000 000	ITU / WB - Measuring the Emissions & Energy Footprint of the ICT Sector
- Consommation électrique Alphabet DC 2022 hors Google Cloud	Mwh	15 131 484	Calcul
Alphabet Total revenues 2022	Millions dollars	$282 836	Alphabet Annual Report
Google Search & other (Gmail, Google Maps, and Google Play) revenues 2022	Millions dollars	$162 450	Alphabet Annual Report
- Utilisateurs gmail par an 2022 - Estimation	Nombre	2,10E+09	Signhouse
- Gmail ad revenue per user	$	$1,83	Hypothèse
- Gmail ad revenues 2022	Millions dollars	$3 833	Calcul
- Google maps ad revenues 2022	Millions dollars	$9 700	Hypothèse
- Google play ad revenues 2022	Millions dollars	$9 400	Hypothèse
- dont Google Search revenues 2022	Millions dollars	$139 518	Calcul
Google Cloud revenues 2022	Millions dollars	$26 280	Alphabet Annual Report
Alphabet Total revenues 2022 hors Google Cloud	Millions dollars	$256 556	Calcul
- dont part Gmail	%	1,49%	Calcul
Consommation électrique Alphabet attribuable à Gmail	Mwh	226 038	Calcul

Données d’usage

Signhouse estime que 121,6 milliards d’emails ont été envoyés ou reçus chaque jour sur Gmail en 2022, soit 44 384 milliards par an.

Nous estimons donc la consommation électrique associée à l’envoi ou la réception d’un mail sur Gmail à 0,005 Wh, et celle associée à un utilisateur pendant 1 an à 0,1 KWh.

Impacts des datacenters

L'utilisation des facteurs d’impact par kWh pour les datacenters de type colocation nous permet d’obtenir les impacts environnementaux multi-critères suivants pour l’envoi ou réception d’un mail :

Envoyer / recevoir 1 email avec Gmail 2022 - Impact datacenter

Epuisement des ressources abiotiques naturelles - éléments - kg Sb eq.

Epuisement ressources abiotiques naturelles - fossiles - M

Acidification - mol H+ eq.

Ecotoxicité - CTUe

Changeme nt climatique - kg CO2 eq.

Radiations ionisantes - kBq U235 eq.

Emissions de particules fines - Disease occurrence

Création d'ozone photochimi que - kg NMVOC eq.

MIPS - kg

Production de déchets - kg

Consomma tion d'énergie primaire - MJ

Consommation d'énergie finale (usage) - MJ

Envoyer / recevoir 1 email avec Gmail 2022 - Impact datacenter - Impact datacenter France

1,85E-11

7,51E-05

7,39E-09

1,95E-05

1,33E-06

8,86E-06

1,02E-13

3,06E-09

4,58E-06

7,51E-07

8,22E-05

1,84E-05

Fabrication

1,84E-11

9,88E-06

5,43E-09

1,71E-05

9,88E-07

3,89E-08

2,58E-14

2,25E-09

3,75E-06

7,51E-07

1,09E-05

1,91E-08

Usage

1,61E-13

6,52E-05

1,96E-09

2,40E-06

3,41E-07

8,82E-06

7,63E-14

8,05E-10

8,27E-07

0,00E+00

7,13E-05

1,83E-05

Envoyer / recevoir 1 email avec Gmail 2022 - Impact datacenter - Impact datacenter Europe

1,85E-11

6,28E-05

1,73E-08

3,96E-05

3,08E-06

3,14E-06

1,18E-13

6,60E-09

8,13E-06

7,51E-07

7,45E-05

1,84E-05

Fabrication

1,84E-11

9,88E-06

5,43E-09

1,71E-05

9,88E-07

3,89E-08

2,58E-14

2,25E-09

3,75E-06

7,51E-07

1,09E-05

1,91E-08

Usage

1,51E-13

5,30E-05

1,19E-08

2,26E-05

2,09E-06

3,10E-06

9,22E-14

4,34E-09

4,38E-06

0,00E+00

6,37E-05

1,83E-05

Envoyer / recevoir 1 email avec Gmail 2022 - Impact datacenter - Impact datacenter US

1,85E-11

6,90E-05

2,02E-08

5,03E-05

3,77E-06

2,39E-06

1,25E-13

8,06E-09

9,41E-06

7,51E-07

7,00E-05

1,84E-05

Fabrication

1,84E-11

9,88E-06

5,43E-09

1,71E-05

9,88E-07

3,89E-08

2,58E-14

2,25E-09

3,75E-06

7,51E-07

1,09E-05

1,91E-08

Usage

1,13E-13

5,91E-05

1,47E-08

3,32E-05

2,79E-06

2,35E-06

9,93E-14

5,81E-09

5,65E-06

0,00E+00

5,91E-05

1,83E-05

Envoyer / recevoir 1 email avec Gmail 2022 - Impact datacenter - Impact datacenter Monde

1,88E-11

4,30E-05

1,17E-05

1,71E-05

3,99E-06

4,67E-06

8,41E-13

1,65E-08

3,75E-06

7,51E-07

1,09E-05

1,91E-08

Fabrication

1,84E-11

9,88E-06

5,43E-09

1,71E-05

9,88E-07

3,89E-08

2,58E-14

2,25E-09

3,75E-06

7,51E-07

1,09E-05

1,91E-08

Usage

3,77E-13

3,31E-05

1,17E-05

0,00E+00

3,00E-06

4,63E-06

8,15E-13

1,43E-08

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

A noter : L’impact du réseau et des terminaux pour l’hébergement mail en ligne n’ont pas été développés dans le cadre de cet article.

Validation et comparaison

Notre évaluation de consommation électrique datacenter par email reçu ou envoyé est du même ordre de grandeur que des données primaires générées dans des contextes proches auxquels nous avons pu avoir accès récemment (mais qui ne peuvent malheureusement pas être publiés ici). Quant à la consommation électrique d’1 utilisateur Gmail pendant 1 an, elle est dans notre étude (focalisée sur 2022) 20 fois inférieure à celle publiée par Google en 2011.

Ici comme précédemment pour la recherche sur internet, de multiples facteurs peuvent être challengés / consolidés : Données primaires / secondaires, montant des revenus Gmail, rapport entre revenus et consommation électrique, volumes d’utilisateurs / d’usages…etc.

Cas d’usage du site web / du téléchargement de fichiers

Quels sont la consommation électrique et l’impact environnemental (ici focalisé sur le datacenter) de la consultation d’une page d’un site web de contenus (statiques ou quasi-statiques) à forte audience, ou de téléchargements de fichiers sur de tels sites ? Ce sont également des cas d’usages courants auxquels nous avons été confrontés dans nos missions, dans des contextes où nous n’avions accès à aucunes données primaires.

Wikimedia, l’organisation derrière Wkipedia, Wiktionnary et de nombreux autres wikis à fortes audiences, est transparente sur de nombreux métriques et données, permettant d’évaluer la consommation électrique et les impacts environnementaux de datacenters servant essentiellement à servir des pages web ou des médias / fichiers statiques.

Consommation des datacenters

Dans son rapport “Environmental Sustainability Report 2022”, Wikmedia annonce une consommation électrique de 3697 MWh pour ses datacenters tous gérés en propre chez des acteurs de la colocation (Equinix, CyrusOne, Iron Mountain, Digital Realty, Interxion).

Données d’usage

Wikimedia propose un outil permettant d’accéder à des informations statistiques détaillées pour l’ensemble des wikis gérés par l’organisation : Wikimedia Statistics. A travers cet outil, nous pouvons consulter le nombre de pages vues au cours de l’année 2022 (tous wikis confondus) : 273 milliards.

Malheureusement, nous n’avons pas réussi à identifier de données Wikimedia sur les caractéristiques moyennes de ces pages (notamment poids). Pour caractériser les pages, nous nous sommes tournés vers un outil tiers, HTTPArchive, opéré par Internet Archive une organisation qui archive de façon durable les sites web et les contenus année après années. HTTPArchive fournit notamment le poids moyen des page du top1000 des sites web de 2022, dont fait partie Wikipedia, soit 2034,1 Ko pour les pages Desktop web et 1510,2 Ko pour les pages Mobile web. Wikimedia statistics permet par ailleurs de constater que 52% des accès aux wikis sont générés à travers un mobile.

Ces éléments nous permettent d’estimer le trafic global générés par les 273 milliards de pages consultées, soit 480 millions de Go.

Une règle de 3 nous permet d’évaluer la consommation électrique pour une page vue moyenne (desktop / mobile), ou pour le téléchargement de 1Mo de fichiers :

Item	Unité	Valeur	Source
Page Views - All Wikis 2022	Nombre	273 000 000 000	Wikimedia statistics
Total Kilobytes by pages - Median Desktop 2022, top 1000	KB	2034,1	HTTP Archive Top 1,000: Page Weight
Total Kilobytes by pages - Median Mobile 2022, top 1000	KB	1510,2	HTTP Archive Top 1,000: Page Weight
Access method mobile 2022	%	52,01%	Wikimedia statistics
Total traffic - All Wikis 2022 - Estimation	GB	480 915 500	Calcul
Consommation électrique servers Wikimedia 2022	Mwh	3 697	Wikimedia servers
Consommation électrique servers Wikimedia par Page Vue 2022	Kwh	1,35E-05	Calcul
Consommation électrique servers / data centers Wikimedia par Mo 2022	Kwh	7,69E-06	Calcul

Impacts des datacenters

L'utilisation des facteurs d’impact par kWh pour les datacenters de type colocation nous permet d’obtenir les impacts environnementaux multi-critères suivants pour 1 page web vue :

Consulter 1 page de site web Wikimedia - Impact datacenter

Epuisement des ressources abiotiques naturelles - éléments - kg Sb eq.

Epuisement ressources abiotiques naturelles - fossiles - M

Acidification - mol H+ eq.

Ecotoxicité - CTUe

Changeme nt climatique - kg CO2 eq.

Radiations ionisantes - kBq U235 eq.

Emissions de particules fines - Disease occurrence

Création d'ozone photochimi que - kg NMVOC eq.

MIPS - kg

Production de déchets - kg

Consommation d'énergie primaire - MJ

Consommation d'énergie finale (usage) - MJ

Consulter 1 page de site web Wikimedia - Impact datacenter France

4,93E-11

2,00E-04

1,97E-08

5,18E-05

3,53E-06

2,36E-05

2,71E-13

8,13E-09

1,22E-05

2,00E-06

2,19E-04

4,88E-05

Fabrication

4,89E-11

2,63E-05

1,44E-08

4,54E-05

2,63E-06

1,03E-07

6,87E-14

5,99E-09

9,98E-06

2,00E-06

2,89E-05

5,09E-08

Usage

4,28E-13

1,73E-04

5,22E-09

6,39E-06

9,07E-07

2,34E-05

2,03E-13

2,14E-09

2,20E-06

0,00E+00

1,90E-04

4,88E-05

Consulter 1 page de site web Wikimedia - Impact datacenter Europe

4,93E-11

1,67E-04

4,61E-08

1,05E-04

8,18E-06

8,34E-06

3,14E-13

1,75E-08

2,16E-05

2,00E-06

1,98E-04

4,88E-05

Fabrication

4,89E-11

2,63E-05

1,44E-08

4,54E-05

2,63E-06

1,03E-07

6,87E-14

5,99E-09

9,98E-06

2,00E-06

2,89E-05

5,09E-08

Usage

4,02E-13

1,41E-04

3,17E-08

6,00E-05

5,55E-06

8,23E-06

2,45E-13

1,16E-08

1,16E-05

0,00E+00

1,69E-04

4,88E-05

Consulter 1 page de site web Wikimedia - Impact datacenter US

4,92E-11

1,83E-04

5,36E-08

1,34E-04

1,00E-05

6,35E-06

3,33E-13

2,14E-08

2,50E-05

2,00E-06

1,86E-04

4,88E-05

Fabrication

4,89E-11

2,63E-05

1,44E-08

4,54E-05

2,63E-06

1,03E-07

6,87E-14

5,99E-09

9,98E-06

2,00E-06

2,89E-05

5,09E-08

Usage

2,99E-13

1,57E-04

3,91E-08

8,83E-05

7,41E-06

6,24E-06

2,64E-13

1,54E-08

1,50E-05

0,00E+00

1,57E-04

4,88E-05

Consulter 1 page de site web Wikimedia - Impact datacenter Monde

4,99E-11

1,14E-04

3,12E-05

4,54E-05

1,06E-05

1,24E-05

2,24E-12

4,39E-08

9,98E-06

2,00E-06

2,89E-05

5,09E-08

Fabrication

4,89E-11

2,63E-05

1,44E-08

4,54E-05

2,63E-06

1,03E-07

6,87E-14

5,99E-09

9,98E-06

2,00E-06

2,89E-05

5,09E-08

Usage

1,00E-12

8,80E-05

3,11E-05

0,00E+00

7,99E-06

1,23E-05

2,17E-12

3,79E-08

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

Et pour 1Mo de fichiers téléchargés :

Télécharger 1 Mo de fichiers d'un site web Wikimedia - Impact datacenter

Epuisement des ressources abiotiques naturelles - éléments - kg Sb eq.

Epuisement ressources abiotiques naturelles - fossiles - M

Acidification - mol H+ eq.

Ecotoxicité - CTUe

Changeme nt climatique - kg CO2 eq.

Radiations ionisantes - kBq U235 eq.

Emissions de particules fines - Disease occurrence

Création d'ozone photochimi que - kg NMVOC eq.

MIPS - kg

Production de déchets - kg

Consommation d'énergie primaire - MJ

Consommation d'énergie finale (usage) - MJ

Télécharger 1 Mo de fichiers d'un site web Wikimedia - Impact datacenter France

2,80E-11

1,13E-04

1,12E-08

2,94E-05

2,01E-06

1,34E-05

1,54E-13

4,62E-09

6,91E-06

1,13E-06

1,24E-04

2,77E-05

Fabrication

2,77E-11

1,49E-05

8,20E-09

2,58E-05

1,49E-06

5,87E-08

3,90E-14

3,40E-09

5,66E-06

1,13E-06

1,64E-05

2,89E-08

Usage

2,43E-13

9,84E-05

2,96E-09

3,63E-06

5,15E-07

1,33E-05

1,15E-13

1,21E-09

1,25E-06

0,00E+00

1,08E-04

2,77E-05

Télécharger 1 Mo de fichiers d'un site web Wikimedia - Impact datacenter Europe

2,80E-11

9,49E-05

2,62E-08

5,98E-05

4,64E-06

4,73E-06

1,78E-13

9,96E-09

1,23E-05

1,13E-06

1,13E-04

2,77E-05

Fabrication

2,77E-11

1,49E-05

8,20E-09

2,58E-05

1,49E-06

5,87E-08

3,90E-14

3,40E-09

5,66E-06

1,13E-06

1,64E-05

2,89E-08

Usage

2,28E-13

7,99E-05

1,80E-08

3,41E-05

3,15E-06

4,67E-06

1,39E-13

6,56E-09

6,61E-06

0,00E+00

9,61E-05

2,77E-05

Télécharger 1 Mo de fichiers d'un site web Wikimedia - Impact datacenter US

2,79E-11

1,04E-04

3,04E-08

7,59E-05

5,70E-06

3,60E-06

1,89E-13

1,22E-08

1,42E-05

1,13E-06

1,06E-04

2,77E-05

Fabrication

2,77E-11

1,49E-05

8,20E-09

2,58E-05

1,49E-06

5,87E-08

3,90E-14

3,40E-09

5,66E-06

1,13E-06

1,64E-05

2,89E-08

Usage

1,70E-13

8,92E-05

2,22E-08

5,01E-05

4,21E-06

3,54E-06

1,50E-13

8,76E-09

8,53E-06

0,00E+00

8,92E-05

2,77E-05

Télécharger 1 Mo de fichiers d'un site web Wikimedia - Impact datacenter Monde

2,83E-11

6,49E-05

1,77E-05

2,58E-05

6,03E-06

7,05E-06

1,27E-12

2,49E-08

5,66E-06

1,13E-06

1,64E-05

2,89E-08

Fabrication

2,77E-11

1,49E-05

8,20E-09

2,58E-05

1,49E-06

5,87E-08

3,90E-14

3,40E-09

5,66E-06

1,13E-06

1,64E-05

2,89E-08

Usage

5,69E-13

5,00E-05

1,77E-05

0,00E+00

4,54E-06

7,00E-06

1,23E-12

2,15E-08

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

0,00E+00

A noter : L’impact du réseau et des terminaux pour le site web / le téléchargement de fichiers n’ont pas été développés dans le cadre de cet article.

Validation et comparaison

Si l’on compare la consommation électrique au Go des datacenters Wikimedia (7,69 Wh/Go) et Netflix (3,16 Wh/Go), on constate que les 2 chiffres sont du même ordre de grandeur, avec une consommation plus importante côté Wikimedia. Ceci peut s’expliquer par les usages qui sont proches, mais ne sont pas pour autant identiques. Servir une page web nécessite de faire appel à de multiples ressources, alors que streamer une vidéo nécessite (a priori) de faire appel à un nombre beaucoup plus limité de ressources (fichiers vidéo + audio + metadonnées), mais sur une durée longue. Par ailleurs, Wikimedia est une organisation à but non lucratif avec des moyens limités (budget 2023 : $180M), alors que Netflix, avec des moyens plus importants (budget 2023 : $33 000M) a les moyens d’optimiser plus fortement son infrastructure.

Potentiel d’amélioration de l’évaluation

Wikitech, la branche IT de Wikimedia, a publié de multiples données intéressantes, dont une part significative de l’inventaire IT de ses datacenters. Il serait intéressant de produire des calculs bottom up et de vérifier la cohérence des résultats.

• Détail des machines utilisées pour les CDN : https://wikitech.wikimedia.org/wiki/CDN/Hardware
• Architecure réseau : https://wikitech.wikimedia.org/wiki/Network_design
• Données de consommations électriques par datacenter : https://meta.wikimedia.org/wiki/Wikimedia_servers
• Reporting des data centers providers : https://meta.wikimedia.org/wiki/Sustainability#Wikimedia_Foundation_sustainability_timeline_reports_and_more

Conclusion

L’usage des services SaaS (Software as a service) se développe fortement. Pourtant, leurs impacts environnementaux sont peu ou mal documentés par les éditeurs. Cet article propose une méthodologie novatrice et simple (pour peu que des données de qualité soient disponibles) pour permettre à un tiers de réaliser une évaluation d’impact environnemental d’un service SaaS

Elle se base pour les terminaux et le réseau sur les données de la base Empreinte de l’Ademe, ou celles de l’étude Ademe / Arcep “Evaluation de l'impact environnemental du numérique en France et analyse prospective”. Pour les datacenters, elle se base sur des calculs permettant d’identifier les impacts fabrications et usages associés à la consommation d’1 kwh de datacenter de colocation issus de l’étude Ademe / Arcep, et sur des facteurs d’impact des datacenters de colocation en France et à l’étranger issus de l’article d’Hubblo sur l’impact des datacenters importés. Elle tire également partie de données d’usages.

**En ce qui concerne les datacenters des services SAAS, **l’analyse fine des rapports ESG (Environment, Social and Governance) ou CSR (Corporate Social Responsibility) des éditeurs permettent d’identifier les consommations électriques. Pour les éditeurs qui hébergent eux-mêmes leurs infrastructures (on premise), l’exploitation du facteur d’impact “1 kwh de datacenter de colocation” permet d’évaluer les impacts environnementaux des datacenters.

En ce qui concerne les données d’usage des services SAAS, l’analyse fine des rapports financiers ou des communications marketing permet d’identifier des volumes / données d’usages. Ces éléments, ainsi que l’exploitation de paramètres comme le choix d’un format / codec spécifique (documentés dans la littérature scientifique) permettent d’identifier les impacts terminaux, réseau et datacenter pour un acte utilisateur unique (Unité Fonctionnelle)

Cette méthode nous a permis d’évaluer l’impact environnemental de plusieurs UF associées à plusieurs services SaaS (tier datacenter uniquement pour les 3 derniers cas) :

• Regarder 1 heure de vidéo en streaming / écouter 1 de musique en streaming
• Consommer 1 heure de réseaux sociaux
• Effectuer 1 recherche sur un moteur en ligne
• Envoyer / recevoir 1 mail via un hébergeur grand public
• Consulter 1 page web / télécharger 1 Mo de données

Cette étude sera complétée prochainement avec d’autres cas d’usage

Les prochaines étapes, à mener avec la communauté

• Challenger la méthodologie / les données sur les cas / UF décrits
• Identifier les autres services SaaS couramment utilisés par les entreprises / particulier, collecter les données nécessaires à leurs évaluations d’impacts environnementaux, produire les évaluations
• Centraliser / structurer les résultats des évaluations pour en permettre un usage le plus large possible

Les limites rencontrées

• Externalisation de l’infrastructure : De plus en plus de fournisseurs de services SAAS n'hébergent pas eux-mêmes leurs infrastructures mais les externalisent chez des acteurs spécialisés (IAAS par exemple). Les données de consommation des datacenters publiées dans les rapports extra-financiers sont alors soit incomplètes, soit absentes.
• Pas de données d’usage disponibles pour les services IAAS et SAAS B2B : Pour des applications SAAS B2B (CRM, BI etc …) ou même pour des services IAAS il est très difficile, voire impossible, d’obtenir des données d’usage globales pour effectuer des allocations pertinentes, contrairement aux cas B2C vus précédemment (par GB pour le streaming ou le stockage en ligne ou par Post pour les réseaux sociaux). Pour les services SAAS ou IAAS B2B la donnée d’usage disponible pour les entreprises est plutôt le prix du service.

Pour répondre à ces limites, un nouvel article publié par Hubblo proposera bientôt une approche permettant d’évaluer les impacts environnementaux des services SaaS / IaaS grâce à des facteurs monétaires spécialisés.

Si vous pensez pouvoir nous aider à prolonger ou affiner cette étude d’une quelconque façon, n’hésitez pas à nous contacter : contact@hubblo.org

Bibliographie