Principe : Sensibilisation au carbone
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Sensibilisation au carbone
Toutes les électricités ne sont pas produites de la même façon. Selon les endroits et les moments, l’électricité est produite en utilisant différentes sources, avec des émissions de carbone variables. Certaines sources, comme le vent, l’énergie solaire ou l’énergie hydroélectrique, sont des sources propres et renouvelables qui n’émettent pas de carbone. D’autres sources de combustibles fossiles émettent des quantités variables de carbone pour produire de l’électricité. Par exemple, les centrales électriques brûlant du gaz émettent moins de carbone que les centrales brûlant du charbon.
Intensité carbone
L’intensité carbone de l’électricité est une mesure du nombre d’émissions de carbone (CO²eq) produites par heure de l’électricité consommée.
L’unité standard d’intensité carbone est gCO₂eq/kWh ou grammes de carbone par kilowatt-heure.
Si votre ordinateur était branché directement sur une centrale hydroélectrique, l’électricité qu’il consommerait aurait une intensité carbone de zero gCO₂eq/kWh. Une centrale hydroélectrique n’émet pas de carbone pour produire cette électricité. La plupart des gens ne peuvent pas se brancher directement à des centrales hydroélectriques. Au lieu de cela, ils se connectent aux réseaux électriques alimentés en électricité provenant d’un mix de sources qui produisent des quantités variables de carbone. Par conséquent, quand vous êtes branché à un réseau, votre intensité carbone est généralement supérieure à zéro.
Variabilité de l’intensité carbone
L’intensité du carbone change par emplacement, car certaines régions ont un mélange d’énergie contenant plus de sources d’énergie propre que d’autres.
L’intensité carbone change également au fil du temps en raison de la nature variable de l’énergie renouvelable. Par exemple, l’intensité carbone augmente quand le temps est nuageux ou qu’il n’y a pas de vent. En effet, une plus grande part de l’électricité de votre mix provient de sources émettrices de carbone.
La demande en électricité varie au cours de la journée et la production doit satisfaire à cette demande. Une partie de cette production peut facilement contrôler la puissance qu’elle produit ; par exemple, une centrale électrique à charbon peut brûler moins de charbon. Une autre partie de cette production ne peut pas contrôler facilement la puissance qu’elle produit ; par exemple, une ferme éolienne ne peut pas contrôler l’intensité du vent, elle peut seulement délivrer (réduire) l’électricité qui a été produite essentiellement à titre gratuit.
En corollaire de la façon dont les marchés de l’énergie fonctionnent quand la demande d’électricité diminue, les sources basées sur des combustibles fossiles à fortes émissions sont en général les premières à être moins sollicitées, et les sources d’énergie renouvelable les dernières.
La réduction de la quantité d’électricité consommée dans vos applications peut diminuer l’intensité carbone dans le mélange énergétique du réseau local.
Intensité carbone marginale
En règle générale, une centrale électrique marginale est un système qui peut réagir rapidement aux changements de la demande d’électricité, comme une turbine à gaz.
Si vous consommez plus d’énergie, cette énergie provient de la centrale électrique marginale. Toutefois, il ne peut pas s’agir d’une éolienne ou de cellules solaires, car vous ne pouvez’pas les commander pour produire plus.
Cette centrale électrique peut contrôler l’énergie qu’elle produit. Les énergies renouvelables ne peuvent pas contrôler le soleil ou le vent : c’est pourquoi les centrales électriques marginales sont souvent alimentées par des combustibles fossiles.
La centrale marginale émet du carbone ; à tout moment, nous avons dans le réseau électrique l’intensité carbone du mix énergétique, mais aussi celle de l’énergie qu’il faudrait mettre en ligne pour répondre à la nouvelle demande. C’est ce qu’on appelle l’intensité carbone marginale.
Les centrales à combustible fossile sont rarement à zéro : elles ont un seuil de fonctionnement minimal. Certains ne sont pas mis à l’échelle et sont considérés comme une charge de base cohérente et toujours activée. Pour cette raison, nous pouvons parfois tomber dans ce scénario déraisonnable où nous nous débarrassons de l’énergie renouvelable (nous la limitons) qui a été créée gratuitement, pour consommer de l’énergie provenant de centrales à combustibles fossiles produite avec un combustible qui coûte de l’argent.
Si une nouvelle charge devait être satisfaite avec une production provenant d’une source renouvelable qui sans cela aurait été limitée, l’intensité carbone marginale serait de zero gCO₂eq/kWh.
Il y a des moments où l’intensité marginale carbone de l’électricité est zero gCO₂eq/kWh. Le calcul en cours d’exécution pendant ces périodes ne génère aucun carbone émis à partir de la consommation d’électricité.
Modulation de la demande
Il n’y a actuellement que très peu de stockage ou de mise en réserve dans les systèmes des réseaux électriques. En général, l’électricité est produite de façon à ce que la production réponde toujours à la demande. Si plus d’énergie est générée à partir des énergies renouvelables que la demande et que toutes nos options de stockage sont pleines, nous limitons (nous gaspillons) cette énergie propre. Une solution consiste à déplacer les charges de travail vers des heures et des emplacements avec plus d’approvisionnement en énergie renouvelable, un concept appelé décalage de la demande.
Si vous pouvez faire preuve de souplesse quant au moment et à l’endroit où vous exécutez des charges de travail, vous pouvez choisir de consommer de l’électricité quand l’intensité carbone est moindre et de mettre les systèmes en pause quand l’intensité carbone est élevée. Par exemple, effectuer la formation d’un modèle Machine Learning à un moment ou dans une région où l’intensité carbone est beaucoup plus faible.
Des études comme Putting a CO₂ figure on a piece of computation ont montré que ces actions peuvent réduire les émissions de carbone de 45 à 99 %, selon la quantité d’énergie renouvelable alimentant le réseau électrique.
Examinez votre application de bout en bout, identifiez les possibilités d’assouplissement de vos charges de travail, et utilisez l’intensité carbone de l’électricité pour indiquer quand exécuter ces charges de travail (le cas échéant).
Calcul de l’intensité carbone
Plusieurs services vous permettent d’obtenir des données en temps réel sur l’intensité carbone actuelle de différents réseaux électriques. Certains fournissent des estimations de l’intensité carbone future, d’autres donnent l’intensité carbone marginale.
API Intensité carbone : Ressource gratuite pour les données d’intensité carbone au Royaume-Uni.
ElectricityMap : Gratuit pour l’utilisation d’un seul pays/région non commercial, solutions Premium pour l’accès commercial et multi-pays/région
WattTime : Gratuit pour une région avec un seul réseau, des solutions Premium pour le multi-réseau et les émissions marginales en temps réel.
La modulation de la demande est la stratégie consistant à déplacer des traitements informatiques vers des régions ou à des moments où l’intensité carbone est inférieure, c’est-à-dire à les effectuer quand la production d’électricité renouvelable est élevée.
La modulation de la demande est une stratégie similaire, mais au lieu de déplacer la demande vers une autre région ou à un autre moment, nous modulons notre demande pour qu’elle corresponde à la production existante.
Si l’offre d’énergie renouvelable est élevée, augmentez la demande (faites plus dans vos applications) ; si l’offre est faible, diminuez la demande (faites moins dans vos applications).
Un excellent exemple de ce concept est un logiciel de vidéoconférence. Plutôt que de diffuser en permanence avec la meilleure qualité possible, ils façonnent souvent la demande en réduisant la qualité vidéo pour donner la priorité à l’audio.
Le protocole TCP/IP en est un autre exemple. La vitesse de transfert augmente en réponse à la quantité de données pouvant être diffusées sur le réseau.
L’amélioration progressive de l’expérience du web est un troisième exemple. L’expérience du web s’améliore en fonction des ressources et de la bande passante de l’appareil de l’utilisateur final.
Tenir compte des émissions de carbone et être efficace en matière de carbone
L’efficacité carbone peut être transparente pour l’utilisateur final. Vous pouvez être plus efficace à chaque niveau en convertissant le carbone en fonctionnalités utiles, tout en conservant la même expérience utilisateur.
Mais à un moment donné, être plus efficace en matière de carbone de façon transparente ne suffit plus. Si le coût carbone lié à l’exécution immédiate d’une application est trop élevé, nous pouvons modifier l’expérience utilisateur pour réduire davantage les émissions de carbone. Dès lors que l’utilisateur a connaissance du fait que l’application fonctionne différemment, elle devient une application qui tient compte du carbone.
La demande en matière d’applications prenant en charge le carbone concerne l’approvisionnement en carbone. Lorsque le coût carbone de l’exécution de votre application devient élevé, formez la demande pour qu’elle corresponde à l’approvisionnement en carbone. Ceci peut se faire automatiquement ou résulter d’un choix fait par l’utilisateur.
La modulation de la demande est liée à un concept plus large de la durabilité, qui est de réduire la consommation. Nous pouvons déjà en faire beaucoup en devenant plus efficaces avec les ressources, mais à un moment donné, nous devons consommer moins. En tant qu’ingénieurs logiciels durables, pour être à l’efficacité carbone signifie que lorsque l’intensité carbone est élevée, au lieu de calculer à la demande, nous envisageons de l’annuler, réduisant ainsi les demandes de notre application que nos utilisateurs finaux attendent.
Modes éco
Les modes éco sont souvent utilisés dans la vie de tous les jours, par exemple dans les voitures ou les machines à laver. Quand ils sont activés, les performances changent, car ils consomment moins de ressources (gaz/électricité) pour effectuer la même tâche. Il n’est pas gratuit (sinon, nous choisirions toujours les éco-modes), donc nous faisons des compromis. Comme il s’agit de compromis, les modes éco sont presque toujours présentés comme un choix à l’utilisateur, et celui-ci décide s’il veut l’utiliser et accepter le compromis.
Les applications logicielles peuvent également avoir des modes « éco » qui changent le comportement de l’application de deux façons quand ils sont activés :
Informations pertinentes : fournir des informations aux utilisateurs afin qu’ils puissent prendre des décisions avisées.
Automatique : l’application prend automatiquement des décisions plus radicales pour réduire les émissions de carbone.