Optimisation du dimensionnement informatique et électrique d'un datacenter vert, de taille moyenne, alimenté uniquement par des sources d'énergie renouvelables et en tenant compte de l'incertitude des conditions environnementales et externes

En 2024, près de 7961 datacenters ont été répertoriés dans le monde, avec 2987 datacenters aux États-Unis. Ce nombre est voué à grandir par l'essor des services web, des réseaux sociaux, et des objets connectés, notamment sous l’impulsion de géants comme Microsoft, Google, et Amazon. Ces entreprises investissent massivement pour accroître leur capacité de calcul, ce qui pose des défis écologiques considérables. En effet, alors que les accords de Paris limitent le réchauffement climatique à +1,5°C, les émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES) liées au secteur numérique sont en constante augmentation. Elles devraient atteindre 5,6% des émissions globales d’ici 2025, dont 1% provenant des datacenters en 2021.Pour répondre à ces enjeux, les efforts se concentrent généralement sur l'optimisation de la consommation énergétique des datacenters ou sur l'utilisation d'énergies renouvelables. Cependant, bien que ces infrastructures affichent des PUE (Power Usage Effectiveness) de plus en plus faibles, réduisant ainsi la consommation d'énergie, peu d'attention est portée sur l'impact carbone de la fabrication de ces centres. Selon l'ADEME, la fabrication d’un seul serveur émet jusqu'à 600 kg-eqCO2, bien que les constructeurs puissent réduire ce chiffre à environ 100 kg-eqCO2. La fabrication, de l'extraction des métaux rares à l'assemblage final, est ainsi extrêmement polluante.Malgré ces chiffres alarmants, il existe un gaspillage massif au sein des infrastructures actuelles. Entre les tâches inutiles, les données dormantes et les "serveurs fantômes" (serveurs allumés mais inutilisés), 10 à 15% des serveurs ne sont tout simplement pas actifs, mais consomment néanmoins de l'énergie, impactant la facture énergétique et environnementale. Concernant l’approvisionnement énergétique, bien que des sources renouvelables soient de plus en plus adoptées, comme l’éolien et le solaire, ces énergies restent intermittentes, ce qui oblige de nombreuses entreprises à maintenir leur dépendance aux réseaux électriques nationaux, majoritairement alimentés par des énergies fossiles dans de nombreux pays.Face à ces défis, le projet DATAZERO2 propose un modèle de datacenter 100% autonome alimenté uniquement par des énergies renouvelables (éolienne et solaire), soutenu par des batteries au lithium et un système à hydrogène. Le sujet de cette thèse porte sur le dimensionnement de cette infrastructure, en prenant en compte le nombre minimal de serveurs requis pour répondre à la demande des utilisateurs, et la conception d’une infrastructure électrique capable de garantir une autonomie énergétique complète tout au long de l'année.L'une des principales contributions de cette thèse est de proposer un dimensionnement à la fois robuste et frugal, garantissant une Qualité de Service (QoS) adéquate tout en minimisant les coûts économiques et écologiques. L’objectif de ce travail est de combattre le surdimensionnement systématique des infrastructures actuelles tout en prenant en compte la variabilité du workload et des conditions météorologiques. L’outil développé dans le cadre de cette recherche fournit aux décideurs un ensemble de métriques pour les aider à adopter un dimensionnement écoresponsable tout en répondant aux besoins opérationnels du datacenter.