Comment fonctionner 24 heures sur 24 si l’on compte principalement sur des énergies renouvelables, le plus souvent intermittentes ? Le problème est bien connu du monde de l’énergie, au point d’en devenir un cliché : le vent ne souffle pas toujours et le soleil se couche. Depuis quelques années, c’est pourtant à partir de ce banal constat que Google travaille, au sein du programme « 24/7 carbon free energy » pour alimenter l’ensemble de ses datacenters en énergie sans carbone en temps réel d’ici à 2030… sans pour autant détériorer la disponibilité de ses services.
Un objectif que le PDG de Google, Sundar Pichai, a désigné comme rien de moins que le « plus grand moonshot relatif à l’environnement » du groupe. Il reprend ainsi le terme – tir sur la Lune, en bon français – que la tech américaine réserve aux défis technologiques les plus critiques et les plus ardus. La solution ? « Penser au niveau des opérations classiques d’un réseau électrique, à l’équilibre à l’échelle locale et en temps réel », explique à L’Usine Nouvelle Maud Texier, l’ingénieure chargée du programme d’approvisionnement des datacenters en énergie bas carbone en temps réel chez Google. Avant de détailler la nuée de briques techniques et économiques agrégées par le géant pour atteindre son objectif.
Dictature du temps réel
Les électrons se stockent mal. Conséquence : la consommation a lieu en temps réel et les réseaux doivent être à l’équilibre, rappelle d’abord l’ingénieure, spécialiste du sujet depuis ses études à Centrale Paris. Pour n’utiliser réellement que de l’énergie verte, « nous devons donc regarder notre consommation au pas horaire, et pouvoir acheter autant d’électricité décarbonée dans la même heure », considère Maud Texier. Un défi de taille, d'autant que Google dispose de 23 datacenters dans le monde et consommait 12 Twh d’électricité en 2019 et 15,1 en 2020 !
D’où un remix des désormais classiques contrats d'achat direct d’électricité verte (ou « power purchase agreements », PPA, en anglais), pour les accommoder à la sauce du local et du temps réel, et en effacer le principal défaut. Depuis 2017, Google achète autant d’électricité verte qu’il en consomme dans la même année. Mais ce premier pas « reste bien loin de la réalité des réseaux, sur lesquels nous opérons », explique Maud Texier. Autrement dit : un électron n’en vaut pas un autre, et acheter de l’électricité un jour de plein soleil aux Etats-Unis ne permet pas exactement de compenser la même quantité d’électricité carbonée engloutie à Singapour (où les énergies renouvelables sont très peu développées) en plein pic de consommation hivernale.
Développer des énergies nouvelles
Désormais, Google se soucie de la disponibilité des énergies vertes là où il s’implante, et surtout « travaille pour soutenir la décarbonation des réseaux électriques où il opère et pour pouvoir compenser sa consommation locale », raconte Maud Texier. Pour avoir un véritable impact, « un autre principe est de n’acheter que de l’électricité en provenance de centrales additionnelles, afin d’amener de nouvelles capacités sur le réseau électrique », ajoute-t-elle.
Sans surprise, le photovoltaïque et l’éolien (ainsi que l’hydroélectrique dans certains cas) forment le gros de l'approvisionnement. De quoi fournir 67% de l’électricité consommée par les datacenters de Google en 2020 en temps réel. Pour aller plus loin et « répondre à la problématique des derniers 20% d’électricité, les plus durs à décarboner, nous regardons aussi l’innovation pour développer de nouvelles façons de générer de l’électricité - comme le géothermique ou le captage et stockage de carbone (CCS) - ou la stocker via des batteries ou de l’hydrogène», indique Maud Texier, sans exclure l’électronucléaire des éventuelles sources bas carbone.
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En mai 2021, Google annonçait son partenariat avec la start-up américaine Fervo Energy, dont les systèmes de géothermie avancée doivent alimenter en temps réel un centre de données du Nevada. Peu avant, en décembre 2020, le géant expliquait au site spécialisé DataCenterKnowledge son intention de remplacer l’un de ses générateurs diesel de secours par 3MW de batteries lithium-ion sur son site de Saint-Ghislain, en Belgique.
Piloter la demande
Mais le géant agit aussi sur sa propre consommation d’électricité. D’abord, par l’amélioration de l’efficacité énergétique de ses processeurs comme des datacenters qui les hébergent, bien sûr. Mais aussi, via des outils logiciels de prévision de la production d’électricité verte... et de pilotage de la demande en fonction. « L’idée est de nous adapter aux conditions du marché, suivre un principe de flexibilité pour créer plus de demande quand l’électricité verte est disponible et moins quand cette dernière diminue », explicite Maud Texier. D'où un logiciel dédié pour prendre en compte l’intensité carbone de chaque réseau électrique pour répartir les opérations numériques.
Bien sûr, les fonctions de recherche ou de consultation des mails ne sont pas reportables. Mais d’autres sont moins urgentes, comme l’encodage de vidéo et l'entraînement d’algorithmes d’intelligence artificielle. Pour l’instant, la majorité de la charge de calcul reste effectuée en temps réel, quelle que soit la source de l’électricité disponible. Mais la flexibilité pourrait aller croissant, par exemple en déportant certaines opérations peu critiques spatialement, vers des centres de données qui ont à disposition des électrons plus verts. Un programme qui doit encore faire ses preuves sur le long terme, et qui ne répond pas au problème de l'empreinte matérielle grandissante du numérique, ni à celui de la nécessaire sobriété des usages... Mais qui pourrait faire école dans la transformation vers des réseaux 100% verts.
