Mieux respecter l’eau, un défi pour le numérique et les centres de données

Aucune étude n’a encore évalué la consommation globale en eau du secteur du numérique et la part de celui-ci dans l’ensemble de la consommation mondiale, tous secteurs confondus. AdVaes a analysé une quinzaine de sociétés de ce secteur, plutôt orientées vers les logiciels et les services (opérateurs de centres de données, opérateurs de cloud, éditeurs et sociétés de services) [2]. En 2022, 73% de ces sociétés délivrent des données sur leur utilisation annuelle d’eau (i.e. “water usage” or “water withdrawal”) mais seules 33% sur leur consommation d’eau effective (i.e. “water consumption”). 

AdVaes note que la consommation en eau de ces sociétés est moins importante que celle d’entreprises de secteurs reconnus pour être très consommateurs d’eau dans le cadre de leurs activités. Par exemple, Glencore spécialisé dans l’extraction de matières premières a consommé 19 fois plus d’eau que Google en 2021. De même, Nutrien spécialisé dans la production d’engrais, Holcim dans les matériaux de construction et Aramco dans les hydrocarbures ont consommé respectivement 17, 6 et 2 fois plus d’eau que Google en 2021. Au niveau mondial, la consommation en eau de Microsoft serait proche de celle de LVMH, et celle de Meta légèrement en deçà. 

Alors que les entreprises des secteurs gourmands en eau contiennent et réduisent leur consommation associée, celle des sociétés du secteur du numérique analysées par AdVaes suit cependant une tendance inverse, à la hausse. Ainsi, Microsoft déclare avoir consommé 4,5 millions de m3 d’eau en 2021 contre 4 millions en 2020, soit une augmentation de +12,5%. De son côté, Google indique une consommation de 17,2 millions de m3 d’eau en 2021 pour l’ensemble de ses activités, en augmentation de +21,8% par rapport à 2020. 

Sur la période 2018-2021, la figure ci-dessous présente la croissance annuelle moyenne du volume d’eau utilisé par 5 des sociétés ainsi analysées. En cumul, celle-ci s’élève à +7,9%, avec de fortes disparités selon les profils, pouvant s’expliquer par la nature des activités, les modalités de croissance (organique vs. par acquisition) et la dynamique associée, les actions engagées depuis déjà quelques années pour en réduire l’impact (cf. Cisco), etc. 

C’est sans compter sur les consommations en eau en amont de la chaîne, notamment celles liées à la fabrication des composants et des équipements qui permettent de délivrer les ressources et de faire usage des services numériques. Selon une analyse d’Accenture, “Une seule usine de semi-conducteurs peut consommer jusqu'à 1 TWh d'énergie par an et deux à quatre millions de gallons d'eau ultra-pure par jour” (i.e. 7 500 à 15 000 m3 par jour, soit l’équivalent de 2 à 5 piscines olympiques) [3]. Les stress hydriques locaux peuvent être conséquents. A titre d’exemple, le premier fabricant de puces au monde, Taïwan, a fait face à une pénurie en eau historique en 2021. Début mars de cette année, certains réservoirs en eau étaient à moins de 20% de leurs capacités (cf. analyse d’AdVaes “Des processeurs moins énergivores pour diminuer l’empreinte du cloud”).

L’eau dans les centres de données : une utilisation multidimensionnelle

Au niveau des centres de données (“data centers“), les besoins en eau sont généralement liés à la production des matériaux (cf. le béton) dans les phases de construction et aux systèmes de refroidissement dans les phases d’exploitation ou opérationnelles. Les centres de données consomment et utilisent aussi indirectement de l’eau par la production d'électricité nécessaire à leur bon fonctionnement. En effet, les centrales électriques produisent de la chaleur (en utilisant des combustibles fossiles comme le charbon et le gaz, ou la fission nucléaire) pour transformer l'eau en vapeur qui fait tourner une turbine, produisant ainsi de l'électricité. Une fois chauffée en vapeur pour faire tourner la turbine, l'eau est perdue par évaporation, rejetée en tant qu'effluent ou recirculée. Le secteur de l'énergie représente aujourd'hui environ 10% à 15% des prélèvements d'eau douce dans le monde, et environ 3% de la consommation totale d'eau [4].

Si le même principe de mesure des émissions de GES est repris (cf. les 3 scopes) pour évaluer la consommation en eau des centres de données, la part liée au refroidissement serait dans le scope 1, celle relative à l’électricité dans le scope 2. Ce n’est cependant qu’une partie de la consommation totale. Il faut également prendre en compte l’eau consommée en amont, lors de la construction de bâtiments, et celle liée aux équipements déployés ensuite dans leurs salles qui, pour certains, nécessitent des volumes d’eau conséquents lors de leur phase de fabrication (et d’autant plus si l’extraction des matières premières est intégrée). Cette consommation se référerait au scope 3.

Les indicateurs de mesure de la consommation d'eau pour les centres de données 

Pour les sociétés du numérique opérant des centres de données, en propre et/ou via des partenaires, et communiquant autour de leur consommation en eau, trois indicateurs reviennent le plus souvent :

• Le premier est relatif à la quantité d’eau prélevée à la source (“water withdrawal”) ou utilisée (“water use”). Il s’agit du volume total retiré d'une source d'eau tels qu'un lac ou une rivière. Une partie de cette eau est souvent retournée à la source et peut être réutilisée. Il est insuffisant car il ne permet pas dans la majorité des cas de connaître la quantité réelle d’eau consommée qui ne retourne pas à la source.

• Le deuxième est relatif à la quantité d’eau consommée (“water consumption”). Il s’agit de l’eau prélevée pour être utilisée mais qui n’est pas retournée à sa source.

• Le troisième est le WUE (Water Usage Effectiveness) qui est l’indicateur de mesure utilisé pour estimer l’efficience des centres de données en termes de consommation en eau. Son calcul repose sur le volume d'eau consommé divisé par l'énergie nécessaire pour refroidir les équipements informatiques hébergés. L'unité de mesure est le litre par kilowatt-heure (L/kWh). Le WUE moyen d’un centre de données est estimé à 1,8 L/kWh par le "US Department of Energy". Cet indicateur est cependant imparfait car il délivre une vision limitée en n'incluant que l'eau consommée sur place, sans tenir compte de l'eau provenant de la production d'électricité qui constitue également une part importante de l'empreinte d’un centre de données.

Dans leurs rapports financiers et environnementaux, les sociétés du numérique accordent aujourd’hui plus d’importance à la consommation énergétique et aux émissions de GES. Dans la section dévolue à l’eau, peu de chiffres sont communiqués. Sur ce registre, ces sociétés peuvent être classées en cinq catégories :

• Celles qui communiquent sur ces trois indicateurs (cf. Meta).

• Celles qui communiquent sur les volumes d’eau consommés et utilisés (cf. Cisco, Google, IBM…).

• Celles, et c’est la majorité, qui communiquent seulement sur le volume d’eau utilisé (Capgemini, Digital Realty, KDDI, Oracle, Salesforce, SAP…).

• Celles qui ne communiquent pas encore sur leur volume d’eau consommé mais en revanche sur leur WUE (OVHcloud par exemple).

• Celles qui ne délivrent pas encore de données sur ce sujet (cf. AWS, Equinix).

La majorité des sociétés ne communiquent pas sur leur WUE. AdVaes note que Scaleway a déclaré avoir un WUE de zéro pour trois de ses centres de données (DC2, DC3 et DC4) et un WUE de 0,15 pour DC5. OVHcloud affiche des indices de WUE compris entre 0,17 et 0,20 selon ses centres de données, et Meta de 0,26. Microsoft a communiqué un WUE de 0,49 en global, et de 0,1 pour la zone EMEA, en avril 2022. 

Les centres de données sous pression de l’eau

L'utilisation croissante de services de cloud, pour de la visioconférence, du streaming vidéo, ou encore des jeux en ligne, a accru à l'échelle mondiale la demande en ressources numériques, et en infrastructures sous-jacentes (centres de données et réseaux). Corrélée aux stratégies “datacenterless” de certaines entreprises, la construction de centres de données supplémentaires à la périphérie de grandes métropoles et villes s’est aussi accélérée, portée par les investissements des plus grandes entreprises technologiques mondiales. 

Les milliers de centres de données déployés dans le monde utilisent des milliards de litres d'eau, et ce parfois dans des zones sèches qui luttent pour conserver cette ressource publique limitée [5]. Les déséquilibres engendrés peuvent être à l’origine de moratoires de pouvoirs publics pour suspendre leur construction comme à Singapour [6] ou encore de réactions de populations locales. Ce fut le cas en mai 2021 quand le conseil municipal de Mesa, en Arizona aux Etats-Unis, a approuvé le développement d'un centre de données hyperscale pour un montant de 800 millions de dollars. Cette décision a suscité le mécontentement de la population en regard des consommations d’eau à venir annoncées : jusqu'à 1,25 million de gallons d'eau par jour (soit environ 4 500 m3) dans une région qui a connu cette année-là les 12 mois les plus secs en 126 ans [7]. 

L’initiative européenne “Climate Neutral Data Centre Pact”, lancée en janvier 2021 et dont l’objectif est que les opérateurs de centres de données contribuent à la neutralité climatique de la planète, intègre pleinement cette dimension. Parmi les engagements des signataires figurent un point relatif à leur consommation en eau. Ils doivent fixer un objectif annuel d'efficacité en matière d'utilisation de l'eau (cf. WUE), ou de tout autre paramètre de conservation de l'eau, et l’atteindre :

• D’ici 2025, pour tous les nouveaux centres de données construits.

• D’ici 2030, pour les centres de données existants.

Quelles alternatives ?

Pour atteindre ces objectifs, les acteurs de l’écosystème des centres de données n’ont pas attendu pour engager des actions leur permettant de réduire leur impact sur l’eau. Par exemple :

• Le recours à des énergies bas carbone comme le solaire ou l’éolien permet de ne pas recourir à de l’eau dans les phases opérationnelles contrairement à d’autres énergies (cf. nucléaire, hydroélectrique, charbon…).

• La localisation au plus près des énergies en recourant à des piles à combustible qui ne nécessitent pas d’eau pour fonctionner et produisent beaucoup moins d'émissions de carbone que les centrales électriques traditionnelles alimentées au gaz par exemple. Equinix en a déployé dans plusieurs de ses centres de données, notamment aux Etats-Unis.

• En ce qui concerne le refroidissement des équipements, des alternatives aux méthodes classiques sont de plus en plus envisagées. L’objectif est de diminuer au maximum la consommation en eau ou même de ne pas en consommer. C’est le cas par exemple du “river cooling” qui utilise l'eau d'une rivière (ou d’une autre source susceptible d’être utilisée) pour refroidir par échange thermique. Cette technique est utilisée par Google en Finlande, Interxion en France, Equinix dans l’Ontario (Deep Lake Water Cooling)… De même, afin d’améliorer son WUE et de réduire son utilisation d'eau potable pour le refroidissement de ses centres de données, AWS a été le premier opérateur de centres de données à être autorisé en Virginie, aux Etats-Unis, à utiliser de l'eau recyclée avec une technologie de refroidissement par évaporation directe.

• D’autres envisagent des centres de données flottant sur l'eau. La startup américaine Nautilus travaille sur cette idée. Après plus de 6 ans de travaux de recherche et développement, elle a pu inaugurer un premier centre de données en 2021 dans le port de Stockton, en Californie. En 2018, Microsoft a immergé un centre de données dans la mer écossaise. Le succès de cette opération pourrait façonner l'avenir de l'extension des centres de données tout en maintenant la consommation d’eau à un faible niveau.

• L’usage de l’intelligence artificielle et la corrélation avec des données tierces peuvent permettent d’anticiper les consommations et de les adapter au mieux selon les usages et les événements tiers (cf. météo).

Pour autant, sans donnée de mesure communiquée, l’efficacité et les apports de ces actions restent difficiles à évaluer. Pour ces acteurs, une première étape reste de faire la mesure, au moins sur les trois indicateurs communément utilisés aujourd’hui par la profession, et d’être transparents dans leur communication ensuite. En faire la mesure permet également de mieux agir dessus.

Comme pour les émissions de GES, les données communiquées par les sociétés du numérique sur leur consommation en eau, quand elles sont communiquées, sont difficiles à comparer entre elles. Il est complexe de les remettre en perspective les unes par rapport aux autres, car elles n’intègrent pas dans certains cas les externalités, i.e. les consommations en eau en amont et en aval de la chaîne de valeur (cf. celles liées aux extractions minières des métaux entrant dans la fabrication des équipements utilisés pour des services de cloud par exemple), ni les conséquences indirectes des usages en termes de pollution. Elles ont néanmoins l’intérêt de mettre en exergue des tendances clés et le nécessaire engagement de la profession à mieux intégrer dès maintenant cette dimension dans ses stratégies de réduction d’impact environnemental.

[1] OECD Environmental Outlook to 2050: The Consequences of Inaction - Key Facts and Figures

[2] AWS, Capgemini, Cisco, Digital Reality (inc. Interxion), KDDI (inc. Telehouse), Google, Equinix, IBM, Meta Platforms (anciennement Facebook), Microsoft, Oracle, OVHcloud, Salesforce, SAP, Scaleway

[3] Accenture - Top 5 trends to impact the semi industry in 2022, Décembre 2021

[4] Commission Européenne - Water – Energy Nexus in Europe, Juin 2019

[5] Développez.com - Les communautés frappées par la sécheresse se rebellent contre les centres de données, Juin 2021

[6] Channel News Asia - Singapore puts ‘temporary pause’ on new data centres: Why and what it means for the industry, Mai 2021

[7] NBC News - 'Irresponsible use of our water': Drought-stricken cities question value of data centers, Juin 2021