Empreinte carbone des produits/
L'avantage carbone québécois : le cas des centres de données
Sommaire
Mise en contexte
L'empreinte carbone d'un produit correspond à la somme des gaz à effet de serre (GES) émis tout au long de son cycle de vie. L'évaluation de l'empreinte carbone des produits est un outil permettant aux entreprises de prendre de meilleures décisions en matière d'environnement et d'améliorer leur positionnement sur les marchés nationaux et internationaux.
Au Québec, l'approvisionnement en électricité est très majoritairement issu de centrales hydroélectriques, lesquelles n'émettent que très peu de GES. Cette caractéristique unique confère à plusieurs secteurs de l'économie québécoise un avantage considérable en comparaison d'autres pays.
C'est dans cette optique que le Ministère a financé en 2014 un projet mené en collaboration avec le Centre international de référence sur le cycle de vie des produits, procédés et services (CIRAIG).
L'objectif était de quantifier l'avantage carbone d'une variété de produits québécois, pour ensuite promouvoir cet avantage. L'exploitation d'un centre de données localisé au Québec, une activité requérant beaucoup d'électricité, a été sélectionnée comme cas d'étude pour ce projet.
Sommaire
Les résultats du projet révèlent que l’avantage carbone d’un centre de données québécois est très important, avec des émissions de GES environ 95 % inférieures à celles d'un centre de données situé aux États-Unis ou au Royaume-Uni et 50 % inférieures lorsque la comparaison se fait avec la Suède.
Avantage carbone d'un centre de données québécois
Description de l'activité étudiée
Le produit visé est un centre de données situé au Québec. L’unité fonctionnelle se définit comme suit : exploitation d’un centre de données partagé, de fiabilité « tier 3 »1 et possédant une puissance installée de 1 500 kW2 , destiné au stockage, au traitement et à la transmission de données, durant une année, en 2010-2015.
L’unité fonctionnelle fournit une référence par rapport à laquelle les intrants et les extrants, et ultimement les émissions de GES attribuables au produit, sont calculés.
Cycle de vie d'un centre de données localisé au Québec
L'hydroélectricité du Québec : premier différenciateur
Le mix électrique québécois utilisé pour le projet est basé sur les données les plus récentes d'Hydro-Québec3. Ce mix électrique, qui représente l'électricité consommée au Québec, provient principalement de la production sur le territoire québécois, mais également d'importations de régions voisines (ces importations comprennent aussi une grande part d'hydroélectricité).
Le tableau suivant résume les mix électriques utilisés.
| Mode de génération électrique | États-Unis | Royaume-Uni | Suède | Québec |
|---|---|---|---|---|
| Fossile | 69 % | 77 % | 3 % | < 1 % |
| Hydroélectrique | 7 % | 2 % | 43 % | 95 % |
| Nucléaire | 20 % | 13 % | 38 % | 3 % |
| Éolien | 2 % | 2 % | 1 % | < 1 % |
| Autres | 2 % | 6 % | 15 % | < 1 % |
Méthodologie
Le référentiel méthodologique utilisé est le GHG Protocol – Product Life Cycle Reporting and Accounting Standard, un protocole de quantification internationalement reconnu pour les calculs d’empreinte carbone.
Les frontières du système étudié ont été posées du « berceau au tombeau »4, afin d’inclure les émissions de GES de la phase d’exploitation du centre de données.
L’empreinte carbone du centre de données québécois a d’abord été calculée. L’empreinte carbone hors Québec est ensuite établie en remplaçant simplement le mix électrique québécois par le mix électrique du pays de comparaison.
L’avantage carbone est la différence obtenue entre une empreinte carbone hors Québec fictive et l’empreinte carbone calculée pour une production québécoise.
L’équation ci-dessous permet d’obtenir cet avantage carbone, en valeur relative :
Données utilisées
L’objectif du projet était d’obtenir un portrait général de l’exploitation d’un centre de données au Québec. Les résultats ne concernent donc pas un centre de données en particulier.
Aucune donnée primaire spécifique à la construction et à l’exploitation des centres de données au Québec n’a pu être collectée. Un modèle a été développé à partir de données secondaires provenant de différentes sources :
- calculateurs en ligne de Schneider Electric5 (liste d’équipements et leur consommation énergétique respective présentée en fonction de caractéristiques choisies);
- fabricants d’équipements6;
- documentation produite par The Green Grid (liste de composants et leur durée de vie).
Limites de l'étude
Le cadre d’analyse de cette étude comporte certaines limites à considérer lors de l’interprétation des résultats, notamment :
- certaines limites sont associées à la disponibilité de données et aux calculateurs utilisés;
- les résultats sont représentatifs d’un secteur et non d’une entreprise en particulier. Cela limite la précision des résultats, mais augmente leur champ d’application;
- l’avantage carbone relatif (%) est dépendant des frontières du système étudié;
- l’avantage carbone calculé reste potentiel, en raison des limitations en matière de modélisation et des données disponibles, mais il demeure réaliste.
Résultats
Les deux premiers pays de comparaison sélectionnés, soit les États-Unis et le Royaume-Uni, sont les deux pays où l'on trouve le plus grand nombre de centres de données en colocalisation, selon la base de données Data Center Map7.
Ensuite, étant donné l'influence potentielle du climat sur la consommation électrique des centres de données, il a été décidé d'inclure dans la comparaison un pays avec des conditions climatiques similaires à celles du Québec, c'est-à-dire la Suède.
Les États-Unis et le Royaume Uni présentent des mix électriques dont l'empreinte carbone est proche de la moyenne mondiale. La Suède, pour sa part, présente un mix électrique dont l'empreinte carbone est parmi les plus faibles au monde (bien qu'elle soit environ trois fois plus élevée que celle du mix électrique québécois).
Les résultats du projet indiquent que l'avantage carbone d'un centre de données québécois est très important, avec des émissions de GES environ 95 % inférieures à celles d'un centre de données situé aux États-Unis ou au Royaume-Uni.
Cet avantage diminue lorsque la comparaison se fait avec un mix électrique beaucoup moins carboné, comme celui de la Suède, mais il demeure intéressant, avec des émissions encore de 50 % inférieures.
De manière générale, le Québec présentera un avantage carbone important comparativement à la très grande majorité des pays.
Le facteur transport
L’effet de possibles distances de transport additionnelles (pour les intrants) occasionnées par une localisation du centre de données au Québec plutôt qu’ailleurs a été évalué. Tout indique que s’il était requis, un transport additionnel ne viendrait pas affecter les conclusions. L’avantage carbone demeurerait donc important.
Variabilité des résultats
Des intervalles de variabilité ont été calculés afin d'établir une valeur minimum et maximum pour l'avantage carbone obtenu dans le cadre du projet, en tenant compte de la variabilité dans l'exploitation du centre de données ainsi que de certaines spécificités régionales.
Ces intervalles ont été obtenus en faisant varier les principaux facteurs qui contribuent à l'empreinte carbone d'un centre de données, soit :
- la quantité d'électricité consommée par les équipements;
- l'empreinte carbone liée à la fabrication des équipements;
- la variation du type de système de refroidissement;
- l'effet du climat sur la consommation d'électricité.
Pour établir l'avantage carbone minimal, on compare la situation la plus défavorable au Québec à la situation la plus favorable dans le pays de comparaison.
La valeur maximale de l'avantage carbone s'obtient, quant à elle, en comparant la situation la plus favorable au Québec à la situation la plus défavorable dans le pays de comparaison.
L'avantage carbone issu du mix électrique québécois reste majeur quels que soient les scénarios considérés pour la comparaison avec les États-Unis et le Royaume-Uni.
Concernant la comparaison avec la Suède, qui a un mix électrique très peu carboné, l'avantage carbone est très influencé par le différentiel de consommation d'électricité : une faible efficacité pour un centre de données québécois peut venir grandement réduire l'avantage carbone lorsque comparé avec un centre de données plus efficace.
À efficacité similaire, l'avantage carbone québécois reste toutefois important.
| Pays de comparaison | Variabilité de l'avantage carbone |
|---|---|
| États-Unis | [de 89 % à 96 %] |
| Royaume-Uni | [de 88 % à 96 %] |
| Suède | [de 7 % à 66 %] |
Vérification indépendante
Les résultats de cette étude devant être divulgués publiquement et étant destinés à appuyer une affirmation comparative, une revue critique a été réalisée par un comité d'experts afin d'assurer une plus grande crédibilité aux résultats de l'étude. Un avis de vérification favorable a été émis par le comité réviseur de l'étude.
« Globalement, le réviseur considère que la méthodologie adoptée, les unités fonctionnelles choisies ainsi que les frontières des systèmes sont en adéquation avec les exigences du référentiel GHG Protocol et répondent aux objectifs de l'étude. Le rapport présente des conclusions nuancées sur des bases d'analyses de sensibilité qui abordent des situations extrêmes. »
– M. Rémi Bagard, RDC Environnement
Notes de référence
- La fiabilité des centres de données a été classée par l'Uptime Institute (uptimeinstitute.com) en quatre catégories (tiers) en fonction du niveau de redondance des équipements, de leur tolérance aux pannes et selon le nombre d'heures d'arrêt annuellement.
- Cette valeur correspond à l'ordre de grandeur moyen des centres de données actuellement établis à Montréal (environ 2 000 m2). Il s'agit de la puissance installée pour le matériel informatique (www.datacentermap.com).
- Le mix électrique correspond à la répartition des différentes sources d'énergies primaires consommées pour la production d'électricité. Pour augmenter la représentativité statistique, une moyenne pondérée des quatre années les plus récentes pour lesquelles des données sont disponibles a été utilisée. La centrale nucléaire de Gentilly-2 fait partie de l'étude, puisque les données les plus récentes datent de 2012, année de sa fermeture.
- Cycle de vie complet tenant compte de toutes les étapes, c.-à-d. de l'extraction des matières premières jusqu'à la fin de vie.
- www.apc.com/prod_docs/results.cfm?DocType=Trade-Off%20Tool
- APC (www.apc.com) : spécifications techniques pour l'UPS (uninterruptible power supply) et le PDU (power distribution unit); Emerson (www.emersonclimate.com/fr-ca/pages/default.aspx) : spécifications techniques pour l'ATS (automatic transfert switch ) et les systèmes de réfrigération; Eaton (www.powerquality.eaton.com) : spécifications techniques pour les batteries; Apple : spécifications techniques et fabrication de serveurs.
- www.datacentermap.com