Empreinte carbone du cloud : Amazon, Microsoft et Google ont-ils la tête dans les nuages ?

L'usage croissant des services numériques affecte désormais l'évolution de la consommation en énergie et des émissions de gaz à effet de serre (GES) à l'échelle planétaire. Entre 2013 et 2017, la consommation énergétique du secteur a cru de 50 %^[1], représentant désormais entre 6% et 10 % de la consommation mondiale d’électricité, très intense en carbone à l’échelle planétaire^[2]. Maillons indispensables de la chaîne de valeur du numérique pour l’utilisation et le stockage des données, les data centers se développent de façon exponentielle^[3]. Or, les serveurs qui les composent ont besoin d’une quantité importante d’électricité pour fonctionner^[4]. Leur fabrication requiert également une forte mobilisation de matières premières avec de nombreux impacts environnementaux. En tant que géants du numérique, les hyperscalers, Amazon, Google et Microsoft prennent-ils en compte pertinemment ces enjeux environnementaux ? Comment comprendre et analyser leur communication sur le climat ?

Historiquement hébergés dans les locaux des entreprises qui les utilisent (solutions on premise), les data centers ont été mutualisés par des opérateurs dédiés auxquels les entreprises et organisations louent désormais de la puissance de calcul et de l’espace de stockage.

La spécificité des services cloud, par rapport aux services numériques de data centers « traditionnels » est la capacité des organisations clientes de ces services à s’affranchir en apparence des besoins physiques de serveurs. Pour schématiser, on distingue :

• les data centers on premise pour lesquels les serveurs sont détenus par leurs utilisateurs,
• les data centers classiques pour lesquels les clients louent des machines physiques qui leurs sont dédiées,
• les data center cloud.

Dans le cloud, les machines des différents sites d’un même opérateur sont mutualisées. Ce dernier optimise alors ses machines physiques en exploitant toutes leurs capacités. Les usages des clients ne sont pas rattachés à des machines physiques identifiées, et s’appuient sur des machines virtuelles permettant d’apporter une plus grande variété dans la gamme des services dont bénéficient les usages du Cloud. Le client paie son service à l’usage, ce qui lui apporte de la flexibilité et le décharge de la nécessité d’anticiper ses besoins. Ces avantages expliquent l’engouement pour ces types de services qui devraient se confirmer dans les années à venir.

À mesure que le cloud se développe et devient prépondérant dans le marché croissant de la gestion des données numériques, il convient de comprendre si les fournisseurs de cloud maîtrisent l’empreinte carbone de leurs services et contribuent à l’objectif de neutralité carbone planétaire.

Les trois plus importants fournisseurs de cloud, que l’on nomme aussi les hyperscalers, en raison de leur taille et de leur croissance, sont : AWS, Azure et Google Cloud^[6]. La communication et les démarches de ces entreprises sur les enjeux climatiques sont-elles pertinentes vis-à-vis de l’objectif de maintien du réchauffement climatique sous les 2°C ?

Des objectifs « net zero » qui font perdurer l’illusion de l’entreprise neutre en carbone

Premier constat, les trois maisons mère des fournisseurs de cloud analysés communiquent largement sur des objectifs « net zero », à divers horizons de temps. Plus généralement, cette stratégie de communication climat (basée sur l’atteinte de la neutralité, immédiate ou future, d’une entreprise prise isolément) est utilisée par de nombreux acteurs économiques. Cependant, ces déclarations révèlent des réalités plus ou moins pertinentes vis-à-vis des enjeux climatiques. 

• Google, renommé Alphabet en 2015, se considère neutre en carbone (pour l’ensemble de ses activités) depuis 2007^[7], grâce à l’achat de crédits carbone à hauteur de ses émissions opérationnelles^[8]. Il a récemment décidé d’étendre, d’ici 2030, cet objectif à l’ensemble de son empreinte carbone, en prenant en compte les émissions amont et aval de ses opérations^[9].
• Amazon souhaite atteindre, via The Climate Pledge, l'objectif "Net-Zero Carbon" d’ici 2040^[10]. Cet objectif correspondrait à retirer de l’atmosphère, en 2040, autant de GES que l’entreprise en a émis dans l’année^[11].
• Microsoft s’engage à être "carbone négative"^[12], c’est-à-dire à retirer plus de carbone qu'ils n'en émettent^[13].

Les termes de « neutralité », de « net zero » et de « carbone négative », donnent à penser que, si l’entreprise génère autant d’absorptions que d’émissions, elle annule purement et simplement son empreinte carbone, comme si les émissions de gaz à effet de serre liées à son activité avaient disparu. Cela revient à considérer que l’activité de ces entreprises ne contribue plus à l’accélération de la dérive climatique, et donc que tout impact climatique et tout risque de transition a disparu. Malheureusement, ce point de vue n’a pas de fondement  scientifique et ne favorise pas l’action climatique.

Du point de vue scientifique, la neutralité carbone ne peut se définir à l’échelle d’une entreprise^[14], et encore moins d’un produit ou service. Il n’y a qu’à l’échelle planétaire que l’équilibre des flux physiques de carbone (en émission et en absorption) peut se constater, avec pour conséquence une stabilisation de la concentration atmosphérique en CO2.  Il est en pratique impossible de transcrire cet objectif global à l’échelle d’une entreprise par un simple jeu d’additions et de soustractions.

C’est pour cela que, avec l’aide de plusieurs dizaines d’entreprises partenaires, Carbone 4 a piloté l’élaboration du référentiel Net Zero Initiative, qui permet à une entreprise ou organisation de comprendre comment maximiser sa contribution à l’atteinte de la neutralité carbone mondiale. Le carbone séquestré est évidemment pris en compte, mais il est considéré comme non fongible avec les émissions induites, qui portent seules le risque de transition.

Ainsi, Microsoft, Alphabet ou Amazon ne peuvent pas être neutres, et a fortiori encore moins négatives en carbone, quel que soit le périmètre organisationnel ou opérationnel retenu. Elles peuvent – et doivent - tout de même contribuer à la neutralité carbone planétaire, et ce, de diverses manières.

Derrière les objectifs de neutralité, les trois sociétés mère ont décidé d’agir sur l’augmentation des puits de carbone : 

• Soit en achetant des crédits carbone : en 2020, Google a acheté 1,2 MtCO2e de crédits carbone^[15]. Depuis le début de l’année fiscale, Microsoft a contractualisé pour près 1,5  MtCO2e^[16].
• Soit en finançant des projets non labellisés comme Amazon qui a engagé 10 M$ pour aider des propriétaires de forêts à séquestrer du CO2^[17].

Pour atteindre la neutralité carbone planétaire, le développement de la séquestration sera indispensable. Ainsi, les trois géants du cloud mettent des moyens, plus ou moins importants, sur ce que la Net Zero Initiative a nommé « augmentation des puits de carbone », ou encore pilier C. Cependant, contribuer à la neutralité mondiale suppose d’agir aussi très fortement sur les deux autres piliers, qui concernent la réduction des émissions planétaires. 

Il faut d’abord que l’entreprise réduise ses propres émissions directes et indirectes (pilier A), puis qu’elle réduise les émissions des autres (pilier B). La seconde catégorie concerne la commercialisation de produits et solutions décarbonants (c’est à dire qui baissent – en valeur absolue - les émissions des clients) et, sous certaines conditions, le financement de projets bas carbone en-dehors de sa chaîne de valeur.

Or, pour le moment, les efforts entrepris par Google, Amazon et Microsoft ne conduisent pas à la réduction pérenne de leurs émissions en valeur absolue^[18] (pilier A), et ces entreprises ne publient pas de démonstration probante de la baisse des émissions, en valeur absolue également, de leurs clients, grâce aux services fournis (pilier B).

Il serait tout d’abord nécessaire que ces entreprises mettent en place un plan d’actions ambitieux pour réduire leurs émissions en valeur absolue. Actuellement, leur stratégie de réduction repose essentiellement sur l'utilisation d’énergies renouvelables.

Des objectifs de réduction principalement basés sur l’électricité bas carbone, occultant la majeure partie du champ d’action

Aussi bien à l’échelle des maisons mère qu’à celle des activités de fourniture de services cloud, l’électricité est un enjeu majeur pour Alphabet, Amazon et Microsoft. En effet, les data centers sont très gourmands en énergie pour faire fonctionner les serveurs et pour les refroidir. Naturellement, ces 3 entreprises cherchent à se fournir en énergies bas-carbone et renouvelables (EnR) pour couvrir leur consommation propre^[19].

Trois méthodes sont classiquement utilisées pour revendiquer un recours à l’électricité renouvelable pour alimenter les activités opérationnelles de l’entreprise :

• l’achat de Garanties d'Origine EnR – GO – via un système de marché
• le financement de capacités EnR additionnelles via un contrat de longue durée (Power Purchase Agreement – PPA) avec un producteur d'électricité EnR (sans nécessairement de lien physique entre l’entreprise qui finance et le lieu d’implantation des nouvelles capacités)
• la constitution de son propre parc de production EnR.

Dans les deux premiers cas, l’entreprise reste en pratique alimentée par le même réseau physique qu’avant. Contractuellement, elle revendique donc un achat d’électricité bas carbone, mais physiquement, les émissions de CO2 associées à sa consommation dépendent uniquement du mix électrique du réseau qui alimente ses installations^[20].

Or, les fournisseurs de cloud sont parmi les principaux acheteurs d’électricité « labellisée renouvelable », sans véritable fondement physique. 

Pour acheter ces volumes d’électricité étiquetée renouvelable, les 3 acteurs ont de plus en plus recours aux PPA^[22], ce qui permet de développer des capacités additionnelles. Cependant, rien ne garantit la cohérence spatiale et temporelle^[23] entre l’électricité verte achetée et l’électricité consommée par les infrastructures. Rien ne garantit non plus que ces capacités ENR additionnelles viennent systématiquement en remplacement de capacités fossiles, et non en supplément ou en remplacement d’autres capacités bas carbone.

Par ailleurs, le reporting en market-based^[24] permet à Amazon, Alphabet et Microsoft de diminuer facialement les émissions de leur scope 2 en « neutralisant » les émissions des kWh consommés^[25]. Il n’est alors plus nécessaire de piloter la consommation d’énergie et d’actionner les leviers d’efficacité énergétique et de sobriété pour parvenir à faire baisser les émissions. Le besoin de réduction des consommations d’énergie ne peut pas simplement être occulté par un tour de passe-passe méthodologique qui relève du même raisonnement peu rigoureux scientifiquement que la « neutralité » au niveau des émissions. Ces entreprises ont d’autant plus de raisons de s’atteler à l’efficacité de leurs usages énergétiques que ceux-ci représentent un poste de coût majeur pour elles. 

L’électricité carbone-free de Google

D’ici 2030, Google souhaite se fournir (contractuellement) en électricité sans carbone (« carbon-free ») 24h/24 et 7J/7 pour couvrir leur propre consommation. Google définit “carbon-free” de la façon suivante : "Nous définissons l'énergie sans carbone comme tout type de production d'électricité qui n'émet pas directement de dioxyde de carbone. Cela inclut les énergies renouvelables comme le solaire, l'éolien, la géothermie, l'hydroélectricité et la biomasse, ainsi que l'énergie nucléaire." Cependant ces moyens de production émettent des GES, que ce soit au moment de leur construction, de leur installation, de leur fin de vie. Une comptabilité rigoureuse doit tenir compte des émissions induites par les énergies renouvelables. Cela permet de mesurer réellement l'impact physique de l'utilisation de l'énergie. A titre d’exemple, en 2019, la consommation électrique de Google a été approximativement de 12 TWh^[26]. Quand bien même cette électricité serait issue à 100% d’énergie solaire photovoltaïque^[27] via des installations physiquement raccordées aux serveurs de Google, ce qui n’est pas le cas, cette consommation représenterait 530 ktCO2e, soit à peu près les émissions d’un pays comme les Seychelles en 2016.

En outre, en se focalisant sur leur consommation directe d’électricité, ces acteurs oublient une part significative de leur empreinte carbone : la fabrication et le fonctionnement des équipements qui sont nécessaires pour que le service puisse être fourni. Les serveurs sont nécessaires bien sûr mais pas suffisants. En effet, il n’y a pas de service cloud sans réseau internet (qui doit être fabriqué et alimenté), sans terminaux (écrans connectés, ordinateurs, smartphones) chez les clients.

Or, peu d’acteurs du cloud publient des chiffres pour ces autres postes nécessaires au fonctionnement du système, ce qui empêche par construction de réfléchir à des actions pus globales. Rien qu’en se limitant à leur propre parc de machines, ces entreprises pourraient communiquer sur leurs avancées concernant l’allongement de la durée de vie des serveurs, le reconditionnement ou le réemploi, la limitation de la redondance, des projets de R&D avec les fabricants de serveurs…

Finalement, il semblerait que ces entreprises envisagent avant tout leur contribution à la neutralité carbone via le financement de projets externes concernant l’électricité ou le développement de forets, mais peu via une modification en profondeur de leur activité et de leur organisation.

Faute de mettre l’accent sur la réduction de leur consommation d’énergie,  de matières premières et de ressources, les fournisseurs de cloud affirment que ce dernier est intrinsèquement plus performant que les solutions traditionnelles. Qu’en est-il ?

Une prétendue meilleure performance carbone du cloud

Les trois acteurs étudiés s’appuient sur plusieurs publications^[28],^[29],^[30] pour justifier que, à usage comparable, l’utilisation de leurs plateformes cloud émet moins que l’utilisation de serveurs on premise, c’est-à-dire hébergés au sein des entreprises. Les arguments mis en avant sont les suivants : 

• En mutualisant les machines, les hyperscalers les utilisent quasiment en permanence à leur capacité maximale. Or, dans la situation de référence on premise, les serveurs sont utilisés bien plus fréquemment sous leur capacité nominale. Le cloud induirait donc un gain de matière (moins de machines nécessaires pour un même besoin) et un gain d’énergie (car les machines ne consomment pas nécessairement beaucoup plus si elles fonctionnent à pleine capacité).

• Spécialisés dans la gestion des data centers, les 3 géants du cloud affirment gérer plus efficacement la consommation d’énergie de leurs infrastructures que les solutions on premise. De fait, ils affichent les PUE (Power Usage Effectiveness, qui compare la consommation énergétique totale du data center à la consommation d’énergie des serveurs uniquement) les plus bas du marché, notamment Google avec qui a été le premier à afficher un PUE record de 1,1^[31].
• Ils recourent plus aux énergies renouvelables pour alimenter leurs serveurs (ce point ayant été traité plus haut nous n’y revenons pas ici).

Si les arguments des fournisseurs de cloud sont une réalité, ils ne sont pas suffisants pour conclure que de passer au cloud induit nécessairement une baisse de l’empreinte carbone numérique en valeur absolue :

• L’utilisation du cloud contribue à l’effet rebond : en payant a posteriori en fonction de l’usage, les clients du cloud ont une impression de capacité infinie et ne maîtrisent plus autant leurs consommations de données que s’ils doivent arbitrer sur les capacités a priori. Plus généralement, le cloud est autant une réponse à la stratégie digitale des entreprises, qui repose justement sur une forte inflation des données traitées, qu’une réponse permettant de limiter les impacts de cette inflation.
• La redondance sur le cloud est probablement plus importante que les solutions traditionnelles. Cette redondance est en partie induite par les fournisseurs de cloud qui souhaitent améliorer la robustesse de leurs services.

Pour répondre aux attentes de leurs clients qui souhaitent maitriser leurs émissions, les fournisseurs de cloud mettent à disposition de ceux-ci des informations – ainsi que des plateformes de visualisation – permettant de connaître une partie des émissions de gaz à effet de serre des services utilisés. D’une part, les périmètres et les méthodologies de calcul divergent fortement d’un acteur à l’autre mais surtout elles manquent globalement de pertinence car elles portent sur un périmètre partiel et/ou utilisent un facteur d’émission inapproprié (market based, voir plus haut) pour l’électricité utilisée.

Google Cloud et Azure (Microsoft) proposent des outils de pilotage (partiel) de l’empreinte carbone des services. Par exemple, ils donnent ou vont prochainement donner la possibilité à leurs clients de choisir l’emplacement des serveurs en fonction de l’intensité carbone de l’électricité locale. Microsoft permet à ses clients de programmer le démarrage et l’arrêt de leurs machines. Google Cloud, via une application appelée Active Assist, identifie les modules sous-utilisés afin de sensibiliser les clients à optimiser leurs ressources.

Les achats d’énergies labellisées renouvelables et les efforts d’efficacité énergétiques d’Amazon, Microsoft et Google ne suffiront pas à maintenir les émissions de leurs activités. Pour être alignées avec l’Accord de Paris, ces entreprises pourraient être précurseures dans la création d’un nouveau modèle économique n’incitant pas à la surconsommation des ressources. Cette approche rentrerait dans un nouveau positionnement stratégique global pour contribuer à la neutralité planétaire. Toutefois, la sobriété est également dans les mains de leurs clients à qui il appartient de mettre leur empreinte carbone numérique en adéquation avec une baisse des émissions planétaires de 5% par an.

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