D'où viennent les émissions du numérique, où part l'énergie, et comment la mesurer sans se raconter d'histoires : SCI, PUE, langages, écrans et IA. Avec des calculatrices pour jouer avec les vrais chiffres du cours.
Le numérique pèse 4 à 9 % de l'énergie et 1,4 à 4 % des émissions, et sa part monte parce que le reste du monde doit baisser. Un serveur consomme presque autant à vide qu'en charge (pas de proportionnalité), donc le gain vient de mieux remplir le matériel. Le temps de calcul est linéaire avec l'énergie : un code plus rapide est un code plus vert. On mesure avec le SCI (émissions par unité utile) et on juge un data center avec le PUE. L'IA aggrave tout : entraînement, inférence, minerais, déchets.
01 · Le décor
Deux études donnent deux fourchettes : une estimation optimiste (Malmodin et al., 2024) à 4 % de l'énergie et 1,4 % des émissions, et l'IEA (Gelenbe, 2023) à 8-9 % de l'énergie et jusqu'à 4 % des émissions. Les deux disent la même chose : c'est en hausse chaque année.
Pourquoi la part monte-t-elle même si le numérique reste stable ? Parce que, pour tenir 1,5 °C, les émissions mondiales doivent baisser. Le cours suppose (de façon déjà très optimiste) que le numérique émet toujours 764 Mt CO2eq par an. Sa part n'a alors qu'à suivre l'effondrement du dénominateur. Choisis une année :
Le monde en 2030 et 2050 est reconstitué à partir des parts données au cours (3,5 % et 10 % de 764 Mt). Ce sont les hypothèses du prof, pas des mesures.
Sources du cours : Malmodin, Lövehagen, Bergmark, Lundén, Telecommunications Policy 48 (2024) ; Gelenbe, Ubiquity (2023).
02 · Du logiciel à l'infrastructure
Un logiciel tourne sur un ordinateur (processeur, mémoire, stockage, réseau, écran), mais un logiciel moderne n'est pas un programme : c'est une flotte de microservices répartis sur des conteneurs et des VM, dans des data centers, atteints par un réseau, pour des utilisateurs du monde entier.
Un service numérique a une empreinte à chaque maillon, et on ne voit d'habitude que le dernier. Mesurer un logiciel, c'est décider quels maillons on compte.
03 · Énergie du matériel
Deux vocabulaires. La puissance nominale (nameplate) est la somme des maxima de chaque composant. Le pic réel est le maximum observé à pleine charge, plus bas. Un serveur est dit proportionnel si sa consommation croît avec sa charge en partant de 0 W. Le vrai serveur est loin de l'idéal : il consomme déjà une grosse part de son pic à vide.
Valeurs illustratives : pic de 300 W, réseau à 90 % du pic quelle que soit la charge. Le cours montre l'allure (Fan, Weber, Barroso, ISCA 2007), pas ces nombres précis.
Si l'énergie n'est pas proportionnelle, la solution n'est pas de ralentir mais de consolider : concentrer la charge sur peu de machines très chargées et endormir le reste. C'est tout le cours 2.
La conso d'un équipement réseau ne suit pas le débit mais le nombre de modules actifs (un module = un ou plusieurs ports). Éteindre une interface inutile économise, réduire le trafic non (Mahadevan et al., 2009).
Le matériel moderne consomme moins, mais la demande dépasse toujours les gains (IEA, Energy and AI, 2025). Et l'énergie d'usage n'est pas tout : fabrication et fin de vie du matériel pèsent aussi (on y revient avec le SCI).
04 · Langages et temps de calcul
Pas de gagnant universel : des problèmes différents favorisent des langages différents, et l'énergie dépend du CPU et de la mémoire. Tendance robuste : les langages compilés (C, C++, Rust) sont plus verts que les interprétés (Pereira et al., SLE 2017).
Le résultat le plus utile pour un développeur : la relation est linéaire entre le temps de résolution et l'empreinte (Portegies Zwart, Nature Astronomy 2020). Avec une puissance quasi constante, E = P x t. Voici les temps mesurés au Lab 1 (le même programme, six versions), convertis en énergie :
7 W est la puissance CPU relevée par CodeCarbon sur la machine du Lab 3 (Apple M4 Pro). Temps réels du Lab 1 : 11,702 s, 6,000 s, 4,491 s, 2,100 s, 0,278 s. Le gain de 42x est le même pour toute valeur de P : c'est le rapport des temps.
Ajouter des coeurs améliore en général le débit et l'efficacité énergétique. En ajouter trop devient contre-productif. L'overclocking, lui, augmente la conso.
Le meilleur levier vert d'un logiciel est souvent un algorithme plus rapide : c'est exactement ce que fait le Lab 1, avec un profileur.
05 · Mesurer
Le Software Carbon Intensity (Green Software Foundation) est un taux, pas un total : des grammes de CO2eq par unité fonctionnelle R (une requête, un utilisateur, une transaction). Cela permet de comparer deux versions d'un logiciel même si l'une sert dix fois plus de monde.
SCI = (O + M) par R O = E x I // opérationnel : énergie (kWh) x intensité carbone (gCO2eq/kWh) M = TE x (TiR / EL) x (RR / ToR) // incorporé, part attribuée au logiciel TE emissions incorporées totales du matériel (ACV) TiR temps pendant lequel l'infrastructure est réservée au logiciel EL durée de vie attendue RR ressources réservées ToR ressources totales
L'intuition de M : le matériel a émis du carbone pour être fabriqué. On en attribue au logiciel la fraction de vie du matériel qu'il a occupée (TiR/EL), multipliée par la fraction de la machine qu'il a réservée (RR/ToR). Essaie les réglages : selon le pays, c'est O ou M qui domine.
Durée de vie EL fixée à 4 ans. E en kWh sur la période TiR. Valeurs d'entrée illustratives ; les intensités (22, 56, 81, 381 g/kWh) sont celles mesurées au Lab 3.
oSCI = O par R : on ignore l'incorporé. tSCI = (tO + tM) par R avec tO = O + Oidle (conso du matériel au repos) et tM = M + Midle (incorporé du matériel au repos, attribué au job). Bashir et al. (SoCC 2024, The Sunk Carbon Fallacy) défendent que le carbone incorporé est déjà émis et ne devrait donc pas piloter l'ordonnancement.
Standard 1,6 ; « mieux » 1,1. Mesure l'efficacité de l'infrastructure (froid, onduleurs), pas celle du data center dans son ensemble.
Eau utilisée sur site rapportée à l'énergie des équipements IT.
Comme le PUE mais on déduit l'énergie réutilisée (chaleur récupérée).
Le PUE ne peut pas être inférieur à 1 (le total contient l'IT). Un PUE de 1,1 veut dire 10 % de surcoût pour refroidir et alimenter.
06 · Interfaces à écran
Croyance courante : oui, les couleurs sombres consomment moins. Ça dépend de la technologie d'écran (mesures Greenspector).
Le noir éteint le pixel. À faible luminosité (< 25 %) noir et blanc consomment à peu près pareil, mais à 100 % le noir consomme bien moins que le bleu ou le blanc. Le mode sombre aide.
Toutes les couleurs consomment pareil : c'est la luminosité qui pilote la conso. Le mode sombre ne change presque rien, baisser la luminosité oui.
07 · L'IA
Les 24,7 t de BLOOM ne comptent que la partie dynamique des GPU, avec l'intensité carbone française (l'une des plus basses). Sont exclus : les CPU, le réseau du data center, la récupération des 1,6 To de données, et tous les essais préalables pour choisir la taille du modèle. Et un modèle perd en efficacité avec le temps : il faut le ré-entraîner, plus gros (Luccioni, Viguier, Ligozat, JMLR 2023).
Chaque requête coûte peu, mais il y en a des milliards. Les modèles à raisonnement déplacent le calcul de l'entraînement vers l'inférence (le fameux thinking). Tu le mesureras au Lab 2 : sur une blague, 158 tokens sur 173 sont du raisonnement invisible.
Nouveau matériel = extraction de minerais (Crida, Les limites de la croissance).
+82 % depuis 2010. L'IA y ajoutera 1,2 à 5 Mt en 2030. Durée de vie de 2 à 5 ans, plomb, mercure, chrome. Seuls 22 % sont collectés et recyclés.
Des millions de personnes annotent et nettoient les données, à des salaires très bas, parfois sur des contenus nocifs. S'ajoutent transformation des métiers, données personnelles et désalignement.
08 · Exercices corrigés
Cinq exercices calculés à partir des chiffres du cours et des labs. Les nombres des exercices 1 et 5 sont des hypothèses d'énoncé à moins que le texte ne dise le contraire.
Ancien petit serveur contre gros serveur récent : qui porte le plus d'incorporé ?
Énoncé. Serveur A : TE = 400 gCO2eq, durée de vie 10 ans, 40 coeurs. Serveur B : TE = 50 gCO2eq, durée de vie 5 ans, 10 coeurs. Un job utilise 10 coeurs pendant 1 an (hypothèse : TiR = 1 an). Calculer M pour un job sur A et un job sur B. Le job J2 tourne sur A, le job J1 sur B.
M = TE x (TiR / EL) x (RR / ToR).
M(A) = 400 x (1 / 10) x (10 / 40) = 400 x 0,1 x 0,25 = 10 gCO2eq.
M(B) = 50 x (1 / 5) x (10 / 10) = 50 x 0,2 x 1 = 10 gCO2eq.
Le job porte exactement le même incorporé sur les deux serveurs. Le gros serveur a un TE 8 fois plus grand, mais le job n'en occupe qu'un quart et pendant une fraction plus courte de sa vie plus longue : les effets se compensent. Cela montre que M dépend du taux d'occupation (RR/ToR) autant que du TE. Un gros serveur mal rempli (petit RR/ToR) n'est pas pénalisé sur ce job, mais son incorporé inutilisé reste à porter : c'est le rôle de Midle dans tSCI.
Le slide donne les valeurs de TE, de durée de vie et de coeurs, mais pas TiR : l'hypothèse « 1 an » est la nôtre. Le résultat égal ne tient qu'avec la même durée sur les deux machines.
Passer un data center de 1,6 à 1,1, en France puis en Allemagne.
Énoncé. Un site consomme 8 GWh par an pour 5 GWh d'équipements IT. (1) Calculer son PUE. (2) Quelle énergie totale s'il atteint le PUE « mieux » de 1,1 à IT constant ? (3) Quelle économie en tonnes de CO2eq avec l'intensité française (56 g/kWh), puis allemande (381 g/kWh) ?
PUE = énergie totale / énergie IT = 8 / 5 = 1,6, soit le standard.
Total = 1,1 x 5 = 5,5 GWh, soit 2,5 GWh économisés (-31 %).
| Pays | Calcul | Économie |
|---|---|---|
| France | 2 500 000 kWh x 56 g | 140 t CO2eq |
| Allemagne | 2 500 000 kWh x 381 g | 952,5 t CO2eq |
Même geste d'ingénieur, 6,8 fois plus de carbone évité en Allemagne. Le PUE ne dit rien du où : il faut aussi regarder I.
Reconstituer la projection du cours.
Énoncé. En 2020 le numérique émet 764 Mt CO2eq, soit 1,4 % du total. On suppose qu'il reste à 764 Mt. (1) Quel est le total mondial en 2020 ? (2) Le cours annonce 3,5 % en 2030 et 10 % en 2050 : quels totaux mondiaux cela suppose-t-il ? (3) De combien doivent baisser les émissions mondiales d'ici 2050 ?
764 / 0,014 = 54 571 Mt, environ 54,6 Gt.
2030 : 764 / 0,035 = 21 829 Mt (21,8 Gt). 2050 : 764 / 0,10 = 7 640 Mt (7,6 Gt).
De 54,6 à 7,6 Gt : -86 %. Le numérique n'a pas besoin de croître pour que sa part explose : il lui suffit de ne pas baisser autant que le reste. Et l'hypothèse 764 Mt constant est déjà optimiste, puisque le numérique croît.
Relier le temps du Lab 1 à l'énergie.
Énoncé. Un CPU tire en moyenne 7 W. Le programme Python du Lab 1 met 11,702 s, sa version Java 0,278 s. Calculer l'énergie de chacun en Wh, puis le gain.
E = P x t / 3600. Python : 7 x 11,702 / 3600 = 0,0228 Wh (22,8 mWh). Java : 7 x 0,278 / 3600 = 0,00054 Wh (0,54 mWh).
11,702 / 0,278 = 42,1 fois moins d'énergie, indépendamment de P puisque P est le même des deux côtés.
Hypothèse : puissance constante. En vrai, la JVM passe du temps en compilation JIT (plus de la moitié des échantillons sur ce run très court) et la puissance varie. C'est pourquoi on mesure avec CodeCarbon (Lab 3) au lieu de multiplier.
Ce que change le lieu et le jour.
Énoncé. Un traitement consomme 1 kWh. Calculer ses émissions avec les quatre intensités mesurées au Lab 3 : France annuelle 56 g/kWh, France instantanée 22, France le 6 janvier 2026 81, Allemagne annuelle 381.
| Cas | I (g/kWh) | Émissions | Relatif à FR instantané |
|---|---|---|---|
| France, instantané | 22 | 22 g | x1 |
| France, annuelle | 56 | 56 g | x2,5 |
| France, 6 janv. 2026 | 81 | 81 g | x3,7 |
| Allemagne, annuelle | 381 | 381 g | x17,3 |
L'énergie est une propriété du programme et de la machine, l'intensité est une propriété du lieu et de l'instant. Un même programme émet 17 fois plus en Allemagne qu'en France un jour de bon mix. Décaler un calcul non urgent vers une heure ou un lieu bas carbone est un levier gratuit (carbon-aware scheduling).
09 · Réviser
Le QCM tire un échantillon au hasard dans le pool ; chaque réponse est corrigée et expliquée.
Entraîneur Pour un QCM qui s'adapte à ton niveau, revient sur tes erreurs et explique chaque réponse avec une fiche illustrée : s'entraîner sur ce chapitre.
Pool de 29 questions. Tire un échantillon au hasard, correction immédiate et explication à chaque réponse.