TÉLÉCOMMUNICATIONS ET ÉCONOMIES D'ÉNERGIE...2013/03/11 · 9 Orange Labs-Recherche &...

TÉLÉCOMMUNICATIONS ET ÉCONOMIES D'ÉNERGIE

diffusion libre

13 Février 2013

Sébastien SCHINELLA

Thésard Orange Labs, Université Paris Diderot Thésard Orange Labs, Université Paris Diderot Thésard Orange Labs, Université Paris Diderot Thésard Orange Labs, Université Paris Diderot –––– IPGPIPGPIPGPIPGP

[email protected]

Les TIC et leur pouvoir de réduction de consommation énergétique

diffusion libre

de consommation énergétique

Remarque préliminaire : Lien énergie–CO2

� Emission des gaz à effet de serre dans le monde : 59% des GES

provient des énergies fossiles (~100% pour les TIC)

(www.manicore.com)

� La plupart (79%) de l'énergie consommée dans le monde provient des

énergies fossiles (BP statistical review 2010)

3 diffusion libre

� Idem pour l'électricité (67%) (AIE 2009)

� Conclusion : équivalence énergie – CO2

De fortes économies seraient

possibles grâce aux TIC [1]

� Les TIC seraient capables d'économiser grâce à la dématérialisation

entre 5 et 15 fois leur propre émissions de CO2 en 2020

4 diffusion libre

� La réduction peut avoir lieu dans plusieurs secteurs (Total 7.8 GtCO2(e)) :

– Industrie (1.1 GtCO2(e))

– Transports(2.2 GtCO2(e))

– Bâtiments (2.4 GtCO2(e))

– Energie (2.1 GtCO2(e))

Orange Labs - Recherche & Développement – Télécommunications et économies d'énergie – 13 Février 2013

1. GeSI Smart 2020

� "Smart motors systems" (1 GtCO2(e))

� "Smart buildings" (1.7 GtCO2(e)) :

� "Smart logistics" (1.5 GtCO2(e))

� Optimisation du transport individuel

(0.8 GtCO2(e)) et du trafic

Amélioration de l'efficacité des

Quelques moyens donnés par les TIC pour

diminuer les émissions de CO2

5 diffusion libre

� Amélioration de l'efficacité des

centrales de production

d'énergie (0.4 GtCO2(e))

� "Smart grid" (2.1 tCO2(e))

� Dématérialisation (0.5 GtCO2(e))










6 diffusion libre















7 diffusion libre







Conclusion sur les gains potentiels

� Augmentation des émissions de gaz à effet de serre des TIC (x3 entre 2002 et

2020)

� Il serait possible d'économiser 5 fois ces émissions dans les autres secteurs

grâce à des économies d'énergie

Minimization towardsEnvironmentally

Sustainable ICT Sector

Maximization towardsEnvironmentally

Sustainable Society

Environmental loadreduction achieved

by ICT

Environmental load

caused by ICT




Sustainable Society


by ICT

Environmental load

caused by ICT

8 diffusion libre Orange Labs - Recherche & Développement – Télécommunications et économies d'énergie – 13 Février 2013

Negative Aspects on Environment Positive Aspects on EnvironmentNegative Aspects on Environment Positive Aspects on Environment

Conclusion sur les gains potentiels

� Augmentation des émissions de gaz à effet de serre des TIC (x3 entre 2002 et

2020)

� Il serait possible d'économiser 5 fois ces émissions dans les autres secteurs

grâce à des économies d'énergie




Sustainable Society


by ICT

Environmental load

caused by ICT




Sustainable Society


by ICT

Environmental load

caused by ICT


� Ces économies semblent gigantesques. Elles sont

sûrement trop optimistes voire surestimées.

� L'augmentation de la consommation des TIC est aussi

susceptible d'être sous-estimée

� Substitution ou ajout de services ? (Chavanne 2013)

Negative Aspects on Environment Positive Aspects on EnvironmentNegative Aspects on Environment Positive Aspects on Environment

La consommation propre des TIC

diffusion libre

Pour les particuliers

� Pour 30 millions de foyers en France, et bientôt 3 milliards de foyers

dans le monde ?


Source : AIE

Au niveau du réseau

� P


Source : ITU facts

Chez les entreprises

� Google, Facebook, opérateurs, Cloud…

� Fonctionnement des serveurs 24h/24 + Climatisation


Et la fabrication ?

� Fabrication des puces (Intel)

14 diffusion libre

� Usines d'assemblage: consommation + autres pollutions

� Plus d'équipements TIC, Renouvellement rapide � plus de fabrication

– PC: 3-5 ans (ADEME)

– Serveur: ~3 ans (Opérateurs, Fabricants, Google, Facebook)

– Tel mobile: 1-2 ans (ADEME, Opérateurs)


Les méthodes actuelles d'évaluation de l'impact des TIC et

diffusion libre

d'évaluation de l'impact des TIC et leurs difficultés

Différentes méthodes et mesures

d'efficacité énergétique

� Label "Energy star" pour les ordinateurs et serveurs

� Evaluation de la consommation des datacenters, Power Usage

Effectiveness*…

� Opérateurs: évaluation des performances des éléments du réseau en

J/bit ou bit/J

� Certaines analyses et modélisations globales du réseau ont déjà été

16 diffusion libre

� Certaines analyses et modélisations globales du réseau ont déjà été

effectuées, mais avec une certaine imprécision et des hypothèses

(Baliga, Souchon, Kilper…)

� PROBLEME: pas d'analyses globale du service dans ces méthodes

� Pas d'évaluation de substitution possible

� Et les Analyses de cycle de vie (ACV)

* PUE = conso serveurs + conso clim

conso serveurs


ACV: Intérêts et enjeux

� But : identifier les impacts sur l’environnement d’un produit ou service.

� Intérêts :

– Identifier les « sous-ensembles » les plus impactants

– Orienter le travail d’éco-conception

– Comparer l’empreinte écologique de plusieurs produits entre eux (taxe

carbone)

17 diffusion libre

– ACV de service: coût env. du service, faciliter la vente par le marketing

– Eviter les transferts de pollution et les transferts d’impacts

� Enjeux :

– Base normalisée (ISO 14040/14044) pour l’étiquetage environnemental -

plateforme ADEME/AFNOR

– Permet au Groupe d’être présent en normalisation (ETSI, UIT,

Commission Européenne)

– Expertise vis-à-vis de la future législation environnementale : ACV des

organisationsOrange Labs - Recherche & Développement – Télécommunications et économies d'énergie – 13 Février 2013

ACV: Phases du cycle de vie et indicateurs

� Prise en compte de l’ensemble des phases de cycle de vie du produit

ou du service, du berceau jusqu’à la tombe (cradle to grave). Analyse

selon plusieurs phases

18 diffusion libre

� Nombreux indicateurs environnementaux (méthodologie développée

par CODDE Bureau Veritas) :

– Consommation des ressources (matière première, énergie, eau)

– Pollution air (GES, ozone (déplétion et production d'ozone

photochimique), toxicité, acidification)

– Pollution eau (toxicité, eutrophisation)

– Production de déchets dangereuxOrange Labs - Recherche & Développement – Télécommunications et économies d'énergie – 13 Février 2013

ACV: Limites

� Comportement "boite noire"

� Incertitudes mal maitrisées

� Pas de méthode pour détecter des erreurs géantes dans les bases de

données (ex de l'ordinateur) ou des hypothèses (ex de l'e-mail)

� Difficultés d'utilisation pour l'optimisation

L'Unité Fonctionnelle, élément de structure du cadre de l'ACV, n'est

19 diffusion libre

� L'Unité Fonctionnelle, élément de structure du cadre de l'ACV, n'est

pas adaptée pour un réseau hétérogène ni pour la substitution

� Difficulté d'allocation des impacts pour les éléments multitâches

� Nombreuses hypothèses pour les services (Durée de vie des

équipements, modes d'utilisation…)


La méthode développée par Orange et l'Université Paris Diderot pour

diffusion libre

et l'Université Paris Diderot pour faire face à ces difficultés

Présentation générale de l'étude

� Méthode initialement créée pour le secteur énergétique par l'université

Paris Diderot (Chavanne 2011). Adaptation aux TIC en cours (Marquet)

� But: Evaluation de l'impact énergétique sur tout le cycle de vie

– Identifier les caractéristiques des équipements, réseaux et services avec

leurs paramètres, clarifier les règles

d'allocation et réduire les incertitudes

– Basée sur des lois physiques et des

21 diffusion libre

– Basée sur des lois physiques et des

données établies pour avoir une évaluation

plus précise

– Construire d'une méthode claire modulaire

permettant une évaluation et une réutilisation

plus facile et systématique, qui peut

permettre un optimisation de la consomma-

-tion pour n'importe quel service

– Dans une perspective de substitution /

dématérialisation


General presentation of the study

� Chaque module est étudié indépendamment du service TIC considéré, avant

de faire la liaison entre les deux

� Les données sont :

– FFFFjjjj : : : : Flux caractéristique de l'opération

– EEEEDDDD----jjjj : : : : Flux de consommation d'énergie directe

� Taux de consommation de l'opération rrrrDDDD----jjjj = E= E= E= EDDDD----jjjj/F/F/F/Fj j j j

(dans l'exemple: Ws/Gb = J/Gb)EEEEDDDD----jjjj

OpOpOpOpjjjj FFFFjjjj (ex: Gb/s)

Ex: Electricité

consommée en W

Ex d'un module du réseau

22 diffusion libre

(dans l'exemple: Ws/Gb = J/Gb)

– Analogies avec les ACV: “unité fonctionnelle partielle”

� Les procédés indépendants sont combinés pour réaliser le service FLes procédés indépendants sont combinés pour réaliser le service FLes procédés indépendants sont combinés pour réaliser le service FLes procédés indépendants sont combinés pour réaliser le service Ftotaltotaltotaltotal. . . .


consommée en W

+ … ++ … ++ … ++ … + + … ++ … ++ … ++ … +

XXXXjjjj IIIIjjjjEEEEXXXX----jjjj EEEEiiii----jjjj

OpOpOpOp1111

EEEE1111----jjjj

FFFF1111

EEEEDDDD----jjjj

OpOpOpOpjjjj FFFFjjjj OpOpOpOpnnnn FFFFnnnn

EEEEDDDD----nnnn

FFFFtotaltotaltotaltotal

(ex: (ex: (ex: (ex:

teleconf/week)teleconf/week)teleconf/week)teleconf/week)(réutilisation d'énergie)(énergie externe)

Exemple d'évaluation d'un service

� Ex: rserv = 170 W/serv

wserv = Nb serv * ton (hserv/week) * PUE / Nb C'N/week

UserUserUserUser RéseauRéseauRéseauRéseau DatacenterDatacenterDatacenterDatacenter

RRRRtermtermtermterm RRRRNWNWNWNW RRRRDCDCDCDC

"Poids" des

Consommation caractéristique d'un serveur

23 diffusion libre

wserv = Nb serv * ton (hserv/week) * PUE / Nb C'N/week

wserv = 35 * 168 * 1.8 / 11500 = 0,92

� RRRRservservservserv= 170 x 0,92 = 156 Wh/C‘N= 170 x 0,92 = 156 Wh/C‘N= 170 x 0,92 = 156 Wh/C‘N= 170 x 0,92 = 156 Wh/C‘N

� Extinction des serveurs la nuit et le week-end : fonctionnement 5j/7 and 12h/24

rserv = 170 W/serv

w'serv = Nb serv * ton (hserv/week) * PUE / Nb C'N/week

w'serv = 35 * 60606060 * 1.8 / 11500 = 0,330,330,330,33

� RRRRservservservserv= 170 x = 170 x = 170 x = 170 x 0,33 0,33 0,33 0,33 = = = = 56565656 Wh/C‘NWh/C‘NWh/C‘NWh/C‘N

"Poids" des

serveurs dans

le service

Consommation d'un serveur par rapport au service global


Différents types d'optimisationDifférents types d'optimisationDifférents types d'optimisationDifférents types d'optimisation

� Consommation directe en Wh / teleconf

PARAMETERSPARAMETERSPARAMETERSPARAMETERS Term.Term.Term.Term. RéseauRéseauRéseauRéseau DatacenterDatacenterDatacenterDatacenter TOTALTOTALTOTALTOTALTOTALTOTALTOTALTOTAL SAVINGSAVINGSAVINGSAVINGSAVINGSAVINGSAVINGSAVING

Référence: PC standard et

PUE du datacenter = 1.8625 1 156 782782782782

Tablette au lieu de PC 40 1 156 197197197197 75%75%75%75%

24 diffusion libre

PUE = 1.3 625 1 113 739739739739 5.5%5.5%5.5%5.5%

Serveurs 5j/7 12h/24 625 1 56 682682682682 13%13%13%13%

Serveurs 5j/7 12h/24 +

Tablette40 1 56 97979797 88%88%88%88%

PUE =1.3 + Tablette +

serveurs 5j/7 12h/2440 1 40 81818181 90%90%90%90%


� Plus de détails sont pris en compte dans l'évaluation des modules

Ce qui a été fait ensuite (1/2)

NetworkNetworkNetworkNetworkAudio Audio Audio Audio

BridgeBridgeBridgeBridgeServersServersServersServers

Switch & Switch & Switch & Switch &

FirewallsFirewallsFirewallsFirewalls

DATACENTERDATACENTERDATACENTERDATACENTER

++++ ++++PCPCPCPC ScreenScreenScreenScreen IP telIP telIP telIP tel

TERMINALSTERMINALSTERMINALSTERMINALS

++++ ++++

170

150

175

TOTAL = 320 Wh/(hTOTAL = 320 Wh/(hTOTAL = 320 Wh/(hTOTAL = 320 Wh/(hconfconfconfconf.user).user).user).user)

Fabrication d'un PC

= 1 MWh (EcoInfo /


224,8 3,5 3,2 0,9

9,925

152,8 0,03

19 1429

0

25

50

75

100

125

150

PC Screen IP Tel Network SFW AB Servers

Investment Operational


Fabrication Utilisation

85

Energie de fabrication

des puces (Williams)

� Etude approfondie

de cette consommation

EuP-ISSN 1404-

191X, Williams)

� Plus de détails sont pris en compte dans l'évaluation des modules

Ce qui a été fait ensuite (1/2)

NetworkNetworkNetworkNetworkAudio Audio Audio Audio

BridgeBridgeBridgeBridgeServersServersServersServers

Switch & Switch & Switch & Switch &

FirewallsFirewallsFirewallsFirewalls

DATACENTERDATACENTERDATACENTERDATACENTER

++++ ++++PCPCPCPC ScreenScreenScreenScreen IP telIP telIP telIP tel

TERMINALSTERMINALSTERMINALSTERMINALS

++++ ++++

170

150

175


Fabrication d'un PC

= 1 MWh (EcoInfo / 244244244244

26 diffusion libre

� L'énergie pour fabriquer les puces peut être surestimée d'un facteur 10

(Résultats thèse, Schinella) � autres surestimations ???


224,8 3,5 3,2 0,9

9,925

152,8 0,03

19 1429

0

25

50

75

100

125

150

PC Screen IP Tel Network SFW AB Servers

Investment Operational


Fabrication Utilisation

85

Energie de fabrication

des puces (Williams)

� Etude approfondie

de cette consommation

EuP-ISSN 1404-

191X, Williams)

244244244244

93.593.593.593.5

8.58.58.58.5

Exemples d'équation entrées dans le modèle(Schinella)

(DIAPOSITIVE NON PARTAGEE(DIAPOSITIVE NON PARTAGEE(DIAPOSITIVE NON PARTAGEE(DIAPOSITIVE NON PARTAGEE

CONTIENT ENCORE DES INFORMATIONS A NE PAS PUBLIER)CONTIENT ENCORE DES INFORMATIONS A NE PAS PUBLIER)CONTIENT ENCORE DES INFORMATIONS A NE PAS PUBLIER)CONTIENT ENCORE DES INFORMATIONS A NE PAS PUBLIER)


Conclusions et perspectives

diffusion libre

Conclusion

� Meilleure évaluation du service et détection possible de grosses

erreurs

� Détermination de paramètres pour agir sur la consommation d'énergie

(exemple de la lithographie)

29 diffusion libre

� Complémentarité avec les ACV

– Equivalences entre l'ACV et la méthode (ex: cycle de vie entier,

définitions de frontières du système, étude sommaire)

– Avantages de notre méthode par rapport aux ACV (ex: affranchissement

de l'unité fonctionnelle, moins opaque, règles de vérification)

– Avantages des ACV par rapport à notre méthode (bases de données

très fournies, nombreux indicateurs de pollution différents)


Prochaines étapes d'étude

� Etude de la consommation en utilisation des parties les plus

consommatrices après une étude globale plus précise du service

(Chavanne 2013)

� Intégrer les leviers dans le programme au niveau du service entier pour

mieux simuler l'impact énergétique (PUE, taux d'utilisation…)

30 diffusion libre

� Application à un autre service

� Etude de la substitution et de l'effet rebond pour maximiser l'impact

positif des TIC


Approche de la substitution

� Une brève évaluation de la consommation du service physique est effectuée

(ex: transport) (à l'ordre 1) en utilisant la même méthode que pour le service TIC

� Ex de résultats (Marquet)

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

gC

O2/c

on

f

15

20

25

30

35

kW

h/c

on

f

Consumption/confConsumption/confConsumption/confConsumption/conf CO2/confCO2/confCO2/confCO2/conf

31 diffusion libre

� MAISMAISMAISMAIS… des effets parasites n'ont pas été considérés: effet rebond, PC allumés

pendant les réunions physiques…

0

1000

2000

3000

4000

0 10 20 30 40 50 60

Distance (km)

Trip CN Poland CN Norway

0

5

10

0 10 20 30 40 50 60

Distance (km)



� Une brève évaluation de la consommation du service physique est effectuée

(ex: transport) (à l'ordre 1) en utilisant la même méthode que pour le service TIC

� Ex de résultats (Marquet)

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

gC

O2/c

on

f

15

20

25

30

35

kW

h/c

on

f

Approche de la substitution

Consumption/confConsumption/confConsumption/confConsumption/conf CO2/confCO2/confCO2/confCO2/conf

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0

1000

2000

3000

4000

0 10 20 30 40 50 60

g

Distance (km)

Trip CN Poland

0

5

10

0 10 20 30 40 50 60

Distance (km)


� Avec un effet rebond de 3 réunions virtuelles pour 1 réunion physique


Paradoxes et effets rebonds/débonds

� Effet rebond mis en évidence par Jevons (1865) et Khazzoom-Brookes (1980):

33 diffusion libre

� Autres effets negatifs :

– Consommations parasites : spams, vidéos incrustées, équipements "always on"

– Remplacement rapide des équipements pour des équipements "greener"

� plus de consommation lors de la fabrication

� Substitution ou ajout de services ? (Chavanne 2013)


General conclusion on gGeneral conclusion on gGeneral conclusion on gGeneral conclusion on global evaluation of ICT lobal evaluation of ICT lobal evaluation of ICT lobal evaluation of ICT

energy impact and networks green evolutionenergy impact and networks green evolutionenergy impact and networks green evolutionenergy impact and networks green evolution� Macro study on ICT: consumption increase 5% per year in use phase. No clear

signal on techno limit or of a macro reduction in other sectors (smart 2020).

� � New method for

– Ecodesign Hard + Soft … AND… Eco use

– MODULARITY FOR REUSE

� First results: ICT manufacturing energy overestimated by a factor 3 � use phase is

more important and Telco can focus on it

Software design + rebound effect under study to maximize green benefit

MerciMerciMerciMerciAvez-vous des questions ?

34 diffusion libre

� Software design + rebound effect under study to maximize green benefit

� Many green network projects, some interested by method (Odyssea, Opera-net2)

� The method applies to power/cooling: more precise end to end benefit calculation

� assessment of gain: cooling + building optimization and 400VDC

� GSF method may be a complementary method for green decision maker

� Next step: application to some services (e.g. teleconference or telework)

Orange Labs – Research & Development - presentation title - France Telecom Group restricted.

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