les tic, c’est quoi ? bruno fracasso et nicolas montavont telecom bretagne

CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − RennesLes TIC, c’est quoi ? BF - NM

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

CHEDD Bretagne - Session Pilote - Séance J05

Bruno FracassoNicolas Montavont

Institut Telecom / Telecom Bretagne

Rennes, le 15 mars 2011


Plan de la présentation

� Périmètre des (S)TIC

� Energie et TIC : une affaire de chiffres et de métriqu es

� Pistes de réflexion

→→→→ Approche illustrative : poser les bonnes questions … plutôt que des réponses incomplètes

→→→→ Renforcer la compréhension stratégique plutôt que les connaissances techniques


Comment cerner les (S)TIC ?

� Définition « académique »le secteur des TIC regroupe les outils et services permettant la genération , le traitement et la transmission de l’information numérique (texte, données, image, son), via des medias :

• Internet• TV• Téléphone (fixe et mobile)• Radio• Satellite

� Définition « fourre-tout »

le secteur des TIC regroupe les activités qui • diffusent et échangent de l’information• produisent des biens électroniques et informatiques• commercialisent des équipements électroniques et

informatiques• exploitent les réseaux et services de

télécommunications

� Liste du SESSI* ( d’après OCDE)

• C45 fabrication d’appareils de réception, enregistrement ou reproduction du son et de l’image• E31 fabrication de machines de bureau et de matériel informatique• 300C fabrication d’ordinateurs et d’autres équipement informatiques• E33 fabrication d’appareils d’émission et de transmission hertzienne• 322A fabrication et de transmission hertzienne• 322 B fabrication d’appareils de téléphonie• 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 industriels• F61 fabrication de matériel électrique• 313 Z fabrication de fils et câbles isolés• F62 fabrication de composants électroniques• 321 A fabrication de composants passifs et de condensateurs• 321 B fabrication de composants électroniques actifs

• 51.6G Commerce de gros de machines de bureau et de matériel•informatique• 71.3E Location de machines et équipements de bureau

• 642A et 642B Services de Télécommunications• 721 à 726 Activités informatiques

* Service des Etudes et Statistiques Industrielles, Ministère de l’industrie


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 (?)


Des indicateurs objectifs ?

� Quelques chiffres• 3500 G$ de dépenses cumulées en 2008

(7% du PIB mondial)• 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 :

– 196 000 dans le secteur industriel

– 589 000 dans les services et le commerce Téléphonie mobile9%

Réseau local7%

Téléphonie fixe15%

Imprimantes6%

Serveurs23%

PC et Moniteurs39%

Source : Gartner Group

■ Impact des TIC ?

• de 2 à 3 % des émissions mondiales de GES(Gartner group – UIT)

• MAIS : sans tenir compte de l’électronique grand public et industrielle …

Problème : comment appréhender le volume GLOBAL (particulier + entreprises) des TIC


Rappels : grandeurs énergétiques

1 Watt (W) = 1 Joule/seconde1 cheval ≈740 W

PuissanceEnergie

Unité : la Joule (J)1 Calorie (Cal) = 4,18 Joule

1 kWh = 1000 J/s x 3600 s= 3,6 MJ

Energie

1 kg de pétrole 10 000 kcal 1 t.e.p 10 Gcal 1,4 g d’Uranium

1 MWh = 3,6 GJ1 t.e.p. = 41,8 GJ

0,08 t.e.p →→→→ 1 MWh 0,22 t.e.p en pratique par MWh « électrique »


Equivalents CO 2 du kWh électrique

15-55xGéothermie

3-73-22Eolien

19-5997Photovoltaïque

17-224Hydraulique

9-705Nucléaire

x978Charbon

x891Fioul

EDFUniv.

Stanford

- Gramme de CO2 émis/kWh produit

- Emissions directes + cycle de vie

• Moyennes sur les différentes productions d’électricité

− France : 84 g

− Europe des 15 : 460 g

− Allemagne : 600 g

− Chine : 900 g

− Mondiale (UE, USA, Japon) : 570 g


Quantités de CO 2 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

– Entretien d’un avatar dans « second life » pendant 1 an : 752 kWh = consommation énergétique moyenne d’un Brésilien

(source Nicholas Carr, « the bigswitch – rewiring the world »)


Bilan carbone d’un ordinateur

� Production• Source : E. Williams, "Computers and the

Environment ; understanding and managing theirimpacts« , Kluwers Academic Publishers, 2004

� Autres périphériques (estim. ADEME)

• Ordinateur portable : 80 kg équiv. C• Imprimante : 22 kg

� Utilisation• Pendant 1 an (200 j) aux USA : 70 kg equiv C.

� Fin de vie• 1 à 2% des émissions globales (CIRAIG, Montréal)

Eléments constitutifs d’unordinateur de bureau

Equiv. C(kg)

Composants micro-électroniques 68,6

Fabrication des circuits imprimés 11,4

Ecran plat (tube cathodique) 7,5

Ecran plat (LCD) 184,3

Boîtier de l’unité centrale 17,4

Matériaux pour le boîtier de l’écran 18,2

Production des produits chimiques 48,0

Production des galettes de silicium 14,8

Total avec écran cathodique 185,8

Total avec écran plat LCD 344,5

1 kg de CO2 = 0,273 kg équivalent carbone


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


Consommation électrique domestique

SourceRapport CGEDD/CGTI, 2008

TIC

� Consommation des TIC : 13,5 % de l’électricité Française

� Secteur résidentiel : 30% de l’électricité des ménages (x3 en 10 ans)

� 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


Cas du « home network »

6,60,097328France

59,40,609938Allemagne

Consommation quotidienne

cumulée (GWh)Rejets nationaux

kT CO2 /jourTaux de rejetkg CO2/kWh

Nombre de foyers

(millions )

Source : Deutsche Telekom, 2008

Centrale nucléaire de Gravelines(1974)

• 6 réacteurs de 900 MW• 3ème rang mondial

83 %62 %


Cas du réseau cellulaire

� Une Infra-structure très énergivore- Consommation mondiale cumulée par an → 70 000 GWh en 2008

(+100 % en 5 ans)

- 60% dans les stations de base (relais GSM et 4G) : aucune « intelligence »

Commercial

Datacenter

Réseau coeur

Commutation

Stations de base

% 0 10 20 30 40 50 60

SourceVodafone


Consommation mondiale des TIC

14

4% 15%

© Source: Jens Malmodin, Ericsson

0

50

100

150

200

250

300

Mobiletelecom

Fixedtelecom

PCindustry

Datacenters

User equipmentoperation

Network operation

Manufacturing &business overhead

� Production vs. usage : même ordre de grandeur

� Différences marquées entre équipements (e.g. mobile vs. serveur)

Puissance consommée en 2007 par les TIC (GW)Puissance totale

générée pour produire de l’électricité dans le

monde en 2007

4 800 GW


Topologie d’un réseau télécom (schématique)

Tra

nsm

issi

on p

ar F

IBR

E O

PT

IQU

E

Regional Area Network(RAN)

Metropolitan Area Network(MAN)

Access Network

Wide Area Network(WAN)

Home NetworkClient A Client B

débit(Mbit/s)

10

100

104

105

106

distances

1 km

1000 km

100 km

10 km

10 m

Charles KaoPrix Nobel de physique2009


Un réseau : juxtaposition et empilement (OSI)

Couche 1

Couche 2

Couche 3

Couche 4

Couche 5

Couche 6

Couche 7

Définit le medium de transmission, connexions, interfaces : fibre, câble, Wi- Fi

Délimite et encapsule les trames à l’émission entre interfaces « paires » (MAC)

Adresse, commute et route les paquets selon une adresse de destination (IP)

Fournit la livraison des paquets « sans erreur »

� Equipements de couche 1 : amplificateurs, multiplexeurs, brasseurs, répéteurs …

� Equipements de couche 2 : concentrateur, commutateur (Ethernet, ATM etc…)

� Equipements de couche 3 : routeur

CHEDD Bretagne – Séance J05 – 15 Mars 2011 − RennesLes TIC, c’est quoi ? BF - NM 17

Efficacité énergétique de la transmission

Efficacité énergétique : dépend du niveau d’aggrégation et du support physique

Réseaud‘accès

Réseau coeur 1Fibre optiquemonocolore

© Source: T-Systems

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

WDM [8

0ch]

WDM-R

OADM [80ch

]

WDM [1

0G]

WDM[2.5G]

SDH [155M]

SDH [2M]

IP [p

acket]

VDSLADSL

DIV [6

4 k]

puis

sanc

e [W

/ G

bit/s

]

Réseau coeur 2Fibre optique multi-colore (WDM)

Transparence optique et très haut débit (du cœur vers l’accès)


Vers des TIC plus « vertes »

COURT TERMEEt probablement une mauvaise option …

1. Energies Renouvelables

Vent, soleil, marées …

� : Cycle de vie global !

3. Rupture technologique

Nouvelles architectures et équipementspour la transmission, le routage

le calcul, le stockage

LONG TERMEet probablementla bonne option

2. Même technologie +Consommation diminuée

- Nouveaux modes d’utilisation(extinction, veille)

- Nouveaux algorithmes de supervisionet de routage

MOYEN TERME

• Composant• Dispositif• Système• Equipement• Réseau

Module TICOption 1

Option 2

Option 3

- Des équipements et des services disponibles en permanence

- Des communications « EAWA »Everywhere, Anywhere, With Anything

Génération «Y», désirant


Quelle métrique ? Quel levier ?

� Levier : des taxes ?• problème mal posé …

SMSMdr LolJe t’<3

0,1 €Revenusopérateur

30 mg de CO22

EmissionEmission

20 €/tonne de CO22

Revenu SMS : 0,1 €/0,03 g = 3000 €/ tonne de CO2 émis !

TAXE carbone

� 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


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)

Mobility totale (cellulaire) Hot spot

Tx Tx

Sans fil/prise

Tx

Rx

Débit

Taille de cellule

� Sans-fil et mobilité• Degrés de mobilité

• Deux compromis :1. mobilité vs débit

2. Mobilité vs efficacité énergétique

Multi Gigabit/s Home Area NetworkSource : OMEGA FP7 Projet – ICT 2008


� 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

Architecture femto-cellulaire


Prise de recul

Composants et technologies

− matérielles

− logicielles

Support des TIC= Réseaux

− domestiques

− locaux

− Accès

− Metropolitains−Transport (cœur)

Usages et Services

− communicants

− non-communicants

� 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)


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)


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 de1er ordre

DirectDirect

Impacts négatifsImpacts de la production de la

technologie

e.g.déchets électroniques

Impacts positifsUsage des TIC pour l’environnement

e.g. Surveillance électronique plus efficace

Dématérialisationchangement structurel

e.g. Processus de production plus intelligents

Substitution incomplète

e.g. Les équipements sont du matériel supplémentaire

Changement dans le style de vie

e.g. Eco-consommateur

Effet “rebond”

e.g. Retour négatif des mesures prises dues à une baisse de prix ou un augmentation de capacitéIndirectIndirect

IndirectIndirect

Effets de2ème ordre

Effets de3ème ordre


Des faits et des engagements

� Charte environnementale 2010Féd. Franç. Télécoms ↔ pouvoirs publics

• Engagement des deux partenaires sur des objectifs chiffrés :

1. Maîtrise des consommations d’énergie dans un contexte de fort développement des usages;

2. Favoriser le pilotage et l’optimisation de la consommation électrique;

3. Réduire l’impact environnemental de la fabrication des produits TIC;

4. Mise en œuvre de politiques d’achat responsables auprès des partenaires et fournisseurs;

5. Encourager le comportement éco-responsable des collaborateurs des entreprises du secteur (par auto, paier, voyages)

Source : Idate

� Consommation des Télécoms en France

• En 2008 : TIC (global) = 35,3 TWh• Evolution de la part des télécoms

4,5 TWh

2005

6,7 TWh

2008

7,2 TWh

2009

8,5 TWh

Prév. 2012

+50%+7,5% +18%

-Nombre de BOX ADSL : x 5-Volume des datacenters- Stations de base

→ Croissance infléchie … mais prudence !


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 ?

les tic, c’est quoi ? bruno fracasso et nicolas montavont telecom bretagne

Education