Les forces de la nature
Retracer les origines
Demander à quelqu’un de décrire visuellement le « cloud » ou les services de cloud computing, c’est comme demander une description visuelle de l’air. Les activités courantes telles que les commandes en ligne, les applications de messagerie et les réseaux sociaux ne peuvent pas se faire sans lui, mais il est difficile de le définir clairement avec des mots.
Le cloud et l’air partagent toutefois des qualités similaires faciles à comprendre. Comme l’air, nous savons que le cloud nous entoure en permanence. Nous savons que sans lui, la vie serait très difficile, et nous savons que bien qu’ils soient tous deux invisibles à nos yeux, ils contiennent des choses inestimables. Pour l’air, ce sont principalement des molécules d’azote et d’oxygène, pour le cloud, ce sont nos données.
Cependant, cette explication élémentaire soulève encore davantage de questions.
Comment nos données sont-elles arrivées dans le cloud ? Où vont-elles après ? Où sont-elles stockées et comment sont-elles accessibles 24h/24 et 7j/7 ?
La réponse à ces questions abstraites est en réalité très physique et tangible : les centres de données.
Les centres de données constituent le pilier du cloud de Microsoft. Il s’agit de l’infrastructure physique qui héberge et entretient des milliers de serveurs, lesquels stockent et déplacent nos données dans le cloud. Ils assurent une source d’énergie constante ainsi que l’environnement propre et tempéré nécessaire au fonctionnement des serveurs.
« Nous exploitons actuellement plus de 300 centres de données dans plus de 34 pays. Notre parc de centres de données équivaut à environ 700 terrains de football », déclare Noelle Walsh, vice-présidente des opérations cloud et de l’innovation chez Microsoft.
La demande de services cloud a augmenté de manière exponentielle d’année en année, en partie en raison du récent pic d’utilisation de l’IA à l’échelle mondiale. Les infrastructures des centres de données de Microsoft ont donc également dû se développer à un rythme soutenu.
Cette croissance repose en grande partie sur la capacité des centres de données à répondre à la demande mondiale croissante en matière de cloud computing, tout en garantissant la durabilité et en minimisant l’impact sur l’environnement et les communautés
Les centres de données utilisent le même réseau électrique que celui qui alimente les habitations, les bureaux et les feux de circulation. Ces centres devant fonctionner en continu, les générateurs de secours alimentés au diesel et les alimentations sans interruption à batterie au plomb ont jusqu’à présent été le pilier des opérations en cas de coupure de courant.
Par ailleurs, les centres de données pouvant être de taille considérable, leur empreinte écologique est non négligeable dans les régions où ils sont installés.
« Une partie essentielle de notre travail au quotidien consiste à améliorer la conception et l’efficacité opérationnelle de nos centres de données afin de réduire la quantité de ressources naturelles que nous utilisons », explique Noelle Walsh. « Pour ce faire, nous faisons de la durabilité notre fondement dans la réalisation de nos engagements, et nous adaptons continuellement nos activités courantes afin de minimiser notre impact sur l’environnement. »
L’innovation est au cœur de la démarche visant à améliorer la durabilité des centres de données. En collaborant avec les équipes de R&D internes et des experts externes, les pratiques et les politiques internes ont donné au secteur des exemples clairs des avantages de la mise à l’essai et de la mise en œuvre de nouvelles approches pour la construction et l’exploitation de ces sites.
Être un bon voisin
Le point de départ de l’innovation dans un centre de données Microsoft s’inspire des 3,8 milliards d’années de recherche et de développement de la nature pour relever durablement les défis de conception moderne. Kaitlin Chuzi, directrice du biomimétisme et des écosystèmes avancés, est une cheffe de file dans ce domaine.
« La construction d’un bâtiment a un coût écologique, c’est pourquoi nous travaillons à atténuer ces effets », explique Katilin. « Ce qui compte, c’est que nous concevions le site de manière holistique et systémique, en tenant compte de l’écosystème local. »
Kaitlin et son équipe sont des experts en biomimétisme : ils utilisent et imitent les solutions des plantes, des animaux et des éléments qui se sont naturellement manifestés au cours de millions d’années d’évolution. Le recours au biomimétisme peut remodeler la relation des centres de données avec la planète et ses écosystèmes. L’objectif est avant tout d’être en phase avec les communautés existantes où les sites opèrent et d’y contribuer positivement.
Par exemple, certains sites ont transformé des bassins de rétention d’eaux pluviales traditionnels en zones humides artificielles qui aident à filtrer et à améliorer la qualité de l’eau, créant ainsi des habitats pour les espèces locales. D’autres explorent l’utilisation d’un verre UV spécial qui imite les caractéristiques des enzymes UV présentes dans les toiles d’araignées que les oiseaux ont appris à détecter et à éviter, réduisant ainsi les cas de collision avec les bâtiments.
Les oiseaux ont évolué et sont maintenant capables de détecter et d’éviter les enzymes UV présentes dans certaines toiles d’araignées. Pour réduire le nombre d’incidents de collision d’oiseaux contre les fenêtres, Kaitlin et son équipe étudient la possibilité d’intégrer un verre UV spécial qui imiterait les caractéristiques de cette enzyme.
Des murs végétaux avec une végétation verticale favorisant la biodiversité aux chaussées perméables permettant à l’eau de pluie de s’infiltrer dans le sol, la nature nous enseigne de manière remarquable comment mieux harmoniser les centres de données avec leur environnement.
Les matériaux utilisés pour construire les centres de données ont également offert d’excellentes opportunités pour renforcer les engagements en matière de durabilité grâce à l’innovation.
« Si nous utilisons un habitat de référence sain et intact comme point de départ, cet écosystème a une fonction écosystémique de 100 %. Nos premiers modèles montrent que nous pouvons concevoir des centres de données qui maintiennent 75 % de cette fonction. »
Kaitlin Chuzi
Le béton, un matériau essentiel dans les centres de données, représente 8 % des émissions mondiales de carbone, ce qui en fait l’un des plus grands contributeurs de gaz à effet de serre sur Terre. Pour réduire davantage les émissions de carbone, Microsoft teste un nouveau mélange de béton utilisant du verre recyclé, qui permettrait de réduire de moitié environ les émissions de carbone des structures de dalles. Un autre projet pilote en laboratoire, réalisé en collaboration avec Prometheus Materials, utilise des matériaux structurels en calcaire et en béton à base d’algues susceptibles de réduire la quantité de carbone dans les installations à un niveau proche de zéro.
Cependant, trouver des solutions durables innovantes pour ce qui se passe à l’extérieur et autour d’un centre de données n’est que la moitié du travail. Ce qui se passe à l’intérieur est tout aussi important : plus précisément, le maintien de l’alimentation électrique tous les jours, 24h/24 et 7j/7, sur tous ces sites. Même la panne de courant la plus brève aurait des répercussions considérables sur toute l’infrastructure cloud.
Audrey Lee, directrice principale de la stratégie énergétique des centres de données, s’attaque aux aspects pratiques de cette tâche colossale. Elle supervise la planification et la stratégie complexes liées à l’approvisionnement en énergie des centres de données et détermine l’impact de cette consommation sur les communautés partageant le même réseau électrique.
« Par le passé, les centres de données de Microsoft avaient besoin d’une plus petite part du réseau. Mais à mesure que la demande a augmenté, nous avons eu besoin d’une part plus importante. Il est donc essentiel de comprendre notre impact », explique Audrey.
Pour mieux appréhender cette pression accrue sur le réseau, aujourd’hui et à l’avenir, l’équipe d’Audrey utilise une approche appelée « modélisation du réseau ». Celle-ci prévoit l’utilisation du réseau de manière à pouvoir la planifier de manière appropriée, durable et opportune.
Bien que Microsoft ne soit pas une entreprise du secteur de l’énergie, elle est, à bien des égards, une entreprise d’infrastructure, et l’énergie est une ressource inestimable pour toute infrastructure cloud. C’est pourquoi les pratiques énergétiques durables et l’impact positif sur la communauté sont des responsabilités majeures de l’entreprise.
L’une des façons d’avoir un impact positif est de stabiliser le réseau et d’y contribuer.
Audrey a expliqué qu’à mesure que la consommation d’électricité augmente, l’offre et la demande d’électricité sur le réseau peuvent ne pas toujours correspondre. Microsoft dispose de systèmes d’alimentation par batterie sans interruption en cas de panne du réseau. Ceux-ci peuvent rétablir le service sur le réseau en transférant temporairement une partie de la demande d’électricité des centres de données vers ces batteries, contribuant ainsi à la stabilisation du réseau.
Le développement de sources d’énergie alternatives pour ces systèmes de secours, ainsi que pour les systèmes de refroidissement des serveurs à l’intérieur des centres de données, s’est avéré être une autre grande opportunité d’innovation.
Innover avec la nature
Le biomimétisme
Le biomimétisme consiste à apprendre du plus ancien professeur du monde : la nature. Des solutions intemporelles, qui peuvent être intégrées et imitées pour résoudre des problèmes contemporains, sont cachées à la vue de tous. Elles peuvent nous permettre d’améliorer la fonction écologique des centres de données eux-mêmes.
L’hydrogène vert
L’hydrogène vert est produit par un processus appelé électrolyse, qui consiste à séparer l’hydrogène des molécules d’eau sans sous-produits nocifs. Les efforts déployés par Microsoft pour développer ce type d’énergie hydrogène pour son parc de centres de données seront une première dans le secteur de l’énergie mondial.
Stabilisation du réseau
À mesure que la consommation d’électricité augmente, l’offre et la demande peuvent ne pas toujours correspondre. Aider le réseau à maintenir cet équilibre est au cœur de la stabilisation du réseau. Les centres de données disposent d’un système d’alimentation de secours sans interruption toujours opérationnel en cas de panne. Il est possible de transférer une partie de notre propre demande d’électricité vers ces sources d’énergie lorsque la demande sur le réseau est plus importante, ce qui contribue alors à sa stabilisation.
Sonia Maleky, directrice de la technologie de l’hydrogène
Un avenir nourri par l’innovation
« La technologie des piles à combustible à hydrogène a déjà été commercialisée à plus petite échelle, mais Microsoft est la première entreprise à démontrer la faisabilité d’une production de plusieurs mégawatts à grande échelle pour les centres de données, en remplacement des générateurs diesel de secours qui assurent la continuité des opérations en cas de coupure de courant et d’autres interruptions de service », déclare Sonia Maleky, directrice de la technologie de l’hydrogène chez Microsoft.
L’hydrogène vert a le potentiel d’être la source d’énergie durable idéale pour différents secteurs, notamment les centres de données, les bâtiments commerciaux et les hôpitaux. Les piles à combustible PEM combinent l’hydrogène et l’oxygène dans une réaction chimique qui génère de l’électricité, de la chaleur et de l’eau : et ce, sans combustion, sans particules et sans émissions de carbone.
L’équipe de Sonia met au point des innovations énergétiques qui ont le potentiel de changer le secteur de l’énergie tel que nous le connaissons aujourd’hui. La démonstration de l’application de l’hydrogène vert à l’échelle industrielle apportera une plus grande durabilité en interne et constituera un cas d’utilisation solide pour d’autres entreprises avec des objectifs et des engagements similaires.
« Nous avons besoin d’une économie de l’hydrogène vert solide, englobant l’approvisionnement en hydrogène vert, les piles à combustible à hydrogène et le stockage de l’hydrogène, pour une mise en œuvre réussie des générateurs à hydrogène comme options d’alimentation de secours viables afin de passer à des solutions zéro émission. »
Sonia Maleky
La technologie des plaques froides est une autre innovation en cours de développement, tout aussi prometteuse que la pile à combustible à hydrogène. L’application de cette technologie, qui recycle l’eau chaude extraite des systèmes de refroidissement pour la réutiliser comme eau froide, a déjà permis d’améliorer de 90 % l’efficacité des systèmes de Microsoft par rapport aux systèmes traditionnels. À terme, il s’agira d’un système en boucle fermée qui ne nécessitera aucune source d’eau extérieure.
En plus de recycler l’eau pour les systèmes de refroidissement, le programme Circular Centers, le premier du genre, permet de réutiliser et de recycler le matériel informatique des centres de données, et devrait atteindre un taux d’utilisation de serveurs recyclés de 90 % d’ici 2025.
Ces efforts collectifs pour trouver des solutions innovantes démontrent clairement qu’un avenir où les centres de données auront non seulement un impact net neutre sur l’environnement, mais aussi un impact positif, est tout à fait envisageable. À mesure que les applications du cloud computing dans le monde continuent de se développer, les centres de données de Microsoft seront là pour répondre à ce besoin de la manière la plus durable possible.
Crédits image : Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
