Le coût carbone caché du trafic Internet

Chaque jour, des milliards d’activités numériques ont lieu en ligne, qu’il s’agisse de streaming vidéo, de jeux vidéo, de cloud computing ou d’applications d’intelligence artificielle. Alors que de nombreuses personnes prennent de plus en plus conscience de l’impact environnemental de la technologie, une question importante reste étonnamment difficile à trancher : quelle est l’empreinte carbone d’une activité en ligne spécifique ?

Les chercheurs et les entreprises ont réalisé des progrès significatifs dans la compréhension des émissions générées par les centres de données et les infrastructures informatiques. Cependant, le réseau qui relie les utilisateurs aux services numériques — à savoir les routeurs, les liaisons et les fournisseurs d'accès à Internet qui acheminent les données à travers le monde — reste largement ignoré dans le calcul du bilan carbone.

Mes collègues et moi-même avons récemment cherché à déterminer s'il était possible d'estimer les émissions de carbone liées aux flux de trafic Internet individuels à l'aide d'outils déjà disponibles dans les réseaux actuels.

Pourquoi les émissions liées aux réseaux sont-elles difficiles à mesurer ?

Contrairement à un appareil isolé branché sur une prise murale, le trafic Internet transite par de nombreux réseaux et routeurs différents avant d'atteindre sa destination. En chemin, ce trafic peut passer par des équipements présentant des niveaux d'efficacité énergétique variables et traverser des régions alimentées par des sources d'énergie très différentes.

Parallèlement, les équipements réseau traitent simultanément des milliers, voire des millions, de flux de trafic. Il est donc difficile de déterminer quelle part de la consommation énergétique d’un routeur doit être attribuée à un utilisateur, une application ou un service en particulier.

De ce fait, les utilisateurs, les décideurs politiques et les organisations ne disposent actuellement que d'une visibilité très limitée sur les émissions liées au réseau générées par les activités numériques.

Transformer les données de réseaux existants en estimations des émissions de carbone

La bonne nouvelle, c'est qu'une grande partie des informations nécessaires à la comptabilité carbone existe déjà.

Les routeurs modernes collectent systématiquement des statistiques sur le trafic qu’ils traitent, notamment les volumes de données et le nombre de paquets. Parallèlement, les données régionales sur l’intensité carbone — qui mesurent le caractère écologique de la production d’électricité dans une zone donnée — sont de plus en plus accessibles via des API publiques.

Nos travaux associent ces deux sources d'informations existantes afin d'estimer les émissions du réseau au niveau de chaque flux de trafic, sans nécessiter de nouveau matériel ni de modifications majeures de l'infrastructure réseau.

L'estimation de l'empreinte carbone d'une activité Internet ne se limite pas à la simple mesure de la consommation électrique de chaque périphérique réseau. Le premier défi consiste à convertir les données télémétriques au niveau des périphériques en émissions au niveau des flux, en déterminant quelle part de la consommation énergétique d'un routeur doit être attribuée à chaque flux de trafic. Une fois que les émissions peuvent être associées à des flux individuels sur un périphérique donné, ces contributions par flux peuvent en principe être collectées et agrégées sur l’ensemble de la chaîne de routeurs qui acheminent le trafic. Ensemble, ces étapes permettent de passer des mesures au niveau de l’infrastructure à l’empreinte carbone de bout en bout des utilisateurs.

Ce que nous avons appris sur la consommation d'énergie des routeurs

Afin de comprendre comment les équipements réseau consomment de l'énergie, nous avons mené une étude expérimentale à l'aide de trois routeurs différents, conçus pour des environnements variés, notamment les centres de données, les réseaux d'opérateurs et les charges de travail liées à l'intelligence artificielle.

L'une des principales conclusions est que la consommation électrique d'un routeur dépend non seulement du volume de trafic, mais aussi de la structure de celui-ci. Par exemple, pour une quantité de données donnée (/fichier), l'envoi de petits paquets consommera davantage d'énergie que l'envoi de gros paquets.

Nous avons également constaté que certaines tailles de paquets entraînaient une augmentation inattendue de la consommation d'énergie en raison d'inefficacités au niveau matériel.

Malgré ces complexités, nous avons constaté que la puissance d'un routeur pouvait être modélisée avec précision à l'aide d'une formule simple reposant sur deux mesures que les routeurs fournissent déjà aujourd'hui : le débit et la fréquence de paquets. Cette approche a atteint une précision supérieure à 96 % lors de nos expériences.

De la consommation électrique des appareils à l'empreinte carbone des utilisateurs

Une fois que la consommation électrique d'un routeur peut être estimée, le défi suivant consiste à déterminer quelle part de cette consommation doit être attribuée à un utilisateur ou à une application en particulier. Il s'agit en réalité autant d'une question de politique que d'une question technique.

Les émissions induites permettent de répondre à la question suivante : quelle quantité supplémentaire de carbone a été générée par mon activité ?

Dans cette approche, nous ne prenons en compte que l'énergie supplémentaire nécessaire au traitement d'un flux spécifique. Si votre flux vidéo entraîne une légère augmentation de la consommation électrique d'un routeur, seule cette augmentation est prise en compte dans le calcul de votre part de responsabilité en matière d'émissions.

Les émissions attribuées, quant à elles, répondent à une autre question : quelle part des émissions existantes du réseau doit être imputée à mon activité ?

Imaginez un routeur consommant une quantité d'électricité de base tout au long de la journée, même en l'absence de flux vidéo de votre part. Les routeurs restent allumés et prêts à traiter le trafic des utilisateurs, ce qui signifie que ces derniers sont également responsables de la consommation d'énergie de base. La comptabilité d'attribution impute une partie de cette consommation d'énergie de base du routeur à votre trafic. La difficulté consiste à déterminer comment répartir cette consommation d’énergie de base. Chaque flux doit-il recevoir une part égale ? Les flux plus importants doivent-ils recevoir une part plus importante ? Des réponses différentes conduisent à des estimations de carbone différentes.

En effet, lorsque nous avons évalué un scénario de streaming vidéo à grande échelle à l'aide d'un modèle de réseau national de télécommunications, nous avons constaté que différentes méthodes d'allocation pouvaient donner lieu à des estimations d'émissions de carbone pouvant varier jusqu'à 120 fois pour un même flux de trafic.

Cela met en évidence un enjeu politique majeur : en l'absence de méthodologies normalisées, les organisations risquent de calculer les émissions liées à leur réseau selon des méthodes fondamentalement différentes.

Pourquoi les normes sont-elles importantes ?

Nos résultats indiquent qu'un suivi précis du flux de carbone est aujourd'hui techniquement réalisable à l'aide des compteurs du réseau existant.

Toutefois, nos recherches montrent également que la méthodologie a son importance. La différence entre les différentes approches comptables peut être bien plus importante que les émissions sous-jacentes mesurées.

Alors que les pouvoirs publics, les entreprises et les consommateurs exigent de plus en plus de transparence en matière de durabilité numérique, le secteur des réseaux a l'occasion de mettre en place des cadres communs pour mesurer et rendre compte des émissions liées aux réseaux.

Des normes fiables aideraient les organisations à établir des comparaisons pertinentes, faciliteraient l'établissement de rapports sur le développement durable et, en fin de compte, permettraient aux utilisateurs de mieux comprendre l'impact environnemental de leurs activités en ligne.

Internet est devenu un élément essentiel de la vie moderne. Comprendre son empreinte carbone constitue une étape importante vers la construction d'un avenir numérique plus durable.

Les références de mesure et les codes de simulation utilisés dans cette étude (voir l'article) sont disponibles en open source afin de faciliter la poursuite des travaux sur la comptabilité carbone des réseaux.

Sawsan El Zahr est doctorante en sciences de l'ingénierie à l'université d'Oxford.