Derrière l’IA, la déferlante des « data centers »
Pour nourrir les immenses besoins de ChatGPT et autres outils d’intelligence artificielle, le secteur de la tech multiplie les centres de données. Ces usines du numérique sont de plus en plus nombreuses, de plus en plus puissantes et de plus en plus voraces en énergie. Un boom mondial dans lequel la France compte prendre sa part.
Par Alexandre Piquard, Olivier Pinaud et Adrien Pécout
14 juin 2024
Créer un texte, une photo ou une vidéo à partir d’une simple commande écrite… Depuis le lancement de ChatGPT fin 2022, les intelligences artificielles (IA) génératives suscitent l’engouement des internautes, des entreprises et des Etats. Mais derrière ces créations synthétiques et ces assistants virtuels se cache une expansion bien réelle et terrestre : celle des data centers, ces centres de données où se trouvent les ordinateurs permettant de faire fonctionner les IA.
« Après l’étincelle du numérique puis la flamme du cloud, l’intelligence artificielle allume le feu. La quantité de demande et d’argent investi est incroyable », s’enthousiasme Charles Meyers, patron d’Equinix, un des grands opérateurs mondiaux de data centers pour des entreprises ou des acteurs du cloud, c’est-à-dire l’hébergement en ligne de données et de services.
« Le besoin de calcul informatique pour l’IA a été multiplié par un million en six ans et il décuple chaque année », a asséné le patron de Google, Sundar Pichai, le 14 mai. En conséquence, Amazon, Microsoft, Google et Meta (Facebook, Instagram) vont, en 2024, investir 200 milliards de dollars (186 milliards d’euros) en nouvelles infrastructures, soit 45 % de plus qu’en 2023 et 180 % par rapport à 2019, a calculé le cabinet d’analyse de marché Bernstein Research. Alimentées par le prix des processeurs spécialisés − plusieurs dizaines de milliers de dollars pour une puce (« graphics processing unit », GPU) du leader Nvidia −, les dépenses en serveurs dédiés à l’IA vont, selon ces analystes, quintupler entre 2022 et 2025, passant de 25 à 125 milliards de dollars par an.
Les géants rivalisent d’annonces avec des investissements pluriannuels impressionnants. Amazon : 15,7 milliards d’euros en Espagne, 7,8 milliards d’euros en Allemagne ou 8,2 milliards d’euros à Singapour. Microsoft : 2,95 milliards d’euros en Suède, 3,2 milliards d’euros en Allemagne, 2,67 milliards d’euros au Japon ou 1,4 milliard d’euros aux Emirats arabes unis. Google : 4,66 milliards d’euros à Singapour, 1,85 milliard d’euros en Malaisie, près d’un million d’euros au Royaume-Uni…
Une offensive en France
La France a bien l’intention de surfer sur ce tsunami. « Nous avons la capacité d’accueillir de nouveaux data centers et de développer les existants », a lancé Emmanuel Macron, à l’Elysée, le 21 mai, devant le gratin de l’IA. C’est un enjeu de « souveraineté », a insisté le chef de l’Etat, appelant l’Europe à combler son « retard », en passant de 3 % à 20 % des GPU mondiales d’ici à 2030 ou 2035.
Quelques jours plus tôt, au sommet Choose France, Microsoft a promis 4 milliards d’euros pour l’IA et les data centers : le numéro deux du cloud va renforcer ses centres de Paris et de Marseille, mais aussi en ouvrir un près de Mulhouse, à Petit-Landau (Haut-Rhin), un village de 800 habitants doté d’un terrain libre et de bonnes connexions aux réseaux. « Comme les routes, les ports et les aéroports, les centres de données sont l’infrastructure socle de l’économie numérique du XXIᵉ siècle », a expliqué le vice-président de Microsoft chargé du développement durable, Brad Smith, saluant aussi au passage « le soutien de la France au nucléaire, au solaire et à l’éolien ».
Le même jour, Amazon s’est engagé à injecter 1,2 milliard d’euros pour renforcer ses data centers (et ses entrepôts pour le commerce en ligne) en France, où le groupe a prévu d’investir 6 milliards d’euros dans le cloud d’ici à 2031. Toujours à Choose France, Equinix a dévoilé un nouveau grand centre de données à Meudon (Hauts-de-Seine), à 630 millions d’euros. « C’est la première fois que le gouvernement est aussi allant sur l’IA », apprécie M. Meyers. Le français Data4 avait pris les devants en annonçant, en mai 2023, un « campus » de data centers à Nozay (Essonne), sur un ancien site d’Alcatel-Lucent (devenu Nokia).
Signe du gigantisme alimenté par l’IA, Microsoft promet de disposer en France, d’ici à la fin 2024, de 25 000 GPU. « C’est quasiment l’objectif annuel de 30 000 que nous avait fixé la Commission de l’IA », s’est félicité M. Macron, en référence au rapport remis mi-mars par les experts mandatés par l’exécutif. A titre de comparaison, le « supercalculateur » installé fin 2023 à Saint-Ouen-l’Aumône (Val-d’Oise) par Scaleway, filiale d’Iliad, fondé par Xavier Niel, actionnaire du Monde, était avec 1 016 GPU considéré alors comme l’un des plus puissants d’Europe…
« La France est dans une phase de rattrapage », décrypte Géraldine Camara, déléguée générale de France Datacenter, l’organisation du secteur : deux fois inférieure à celle de l’Allemagne, la puissance électrique installée des centres de données de l’Hexagone devrait doubler d’ici à 2028 et plus que tripler d’ici à 2033. « Le pays a des atouts, mais les procédures administratives sont complexes et longues », souligne Mme Camara.
Pour lever ces freins, le gouvernement avait justement introduit en avril une mesure législative proposée par la Commission de l’IA : donner aux centres de données le statut de « projet d’intérêt national majeur », créé par la loi sur l’industrie verte de 2023, et ainsi être autorisés par l’Etat et non plus par le maire de la commune concernée. Si elle était relancée, cette mesure annulée par la dissolution s’ajouterait au tarif préférentiel de l’électricité déjà accordé aux data centers, sous certaines conditions : 12 euros par MWh au lieu de 22,50 euros.
Le bond de la consommation électrique
Cette course à l’IA soulève de nombreuses questions, notamment énergétiques. Une requête sur un assistant comme ChatGPT consommerait dix fois plus d’électricité qu’une recherche classique sur Google, indique l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Dans les data centers, une « baie » – ces armoires où s’empilent les ordinateurs – de GPU dédiées à l’IA nécessite six à neuf fois plus de puissance électrique qu’une « baie » de processeurs classiques (dédiés aux autres services fournis par les opérateurs de cloud), selon Equinix. « Ces GPU représentent moins de 10 % des processeurs dans nos data centers, mais déjà bien plus de 10 % de notre consommation électrique. Et cette part va augmenter », prévient M. Meyers, alors que l’électricité, premier poste de dépense des data centers, représente 30 % à 50 % de leurs coûts. Et la soif d’énergie va croissant : il existe, aux Etats-Unis ou en Corée du Sud, des projets de campus d’une puissance de 1 GW, soit un réacteur de centrale nucléaire.
Au niveau mondial, les besoins électriques de l’intelligence artificielle et des cryptomonnaies devraient passer de 460 TWh en 2022 (soit 2 % de la consommation) à 620 TWh ou 1 050 TWh en 2026, selon l’AIE, soit un ajout « équivalent à la Suède ou l’Allemagne ». Aux Etats-Unis, où sont installés un tiers des data centers mondiaux, le secteur représente 200 TWh (4 % de la consommation) et devrait passer à 260 TWh (6 %). En Europe (16 % des centres), le besoin passerait de 100 TWh (4 % de la consommation) à 150 TWh. Celui de la Chine (10 % des data centers) grimperait de 200 TWh à 300 TWh.
En France, la croissance attendue est aussi spectaculaire. En septembre 2023, RTE, l’opérateur du réseau de transport d’électricité, prévoyait 15 TWh à 20 TWh de consommation annuelle pour les centres de données en 2030, puis 28 TWh en 2035, contre 10 TWh aujourd’hui. Et la barre pourrait monter, selon RTE, jusqu’à 80 TWh si l’on prenait en compte tous les projets récents et si les data centers utilisaient toute leur puissance disponible, alors que 20 % à 40 % sont mobilisés actuellement.
« Nous n’avons pas d’inquiétude particulière sur la capacité à couvrir cette demande, dans la mesure où la production d’électricité et l’efficacité énergétique sont aussi censées augmenter », rassure Jean-Philippe Bonnet, directeur adjoint du pôle stratégie, prospective et évaluation de RTE. Mais il reconnaît certaines difficultés : « Il faut développer le réseau électrique pour accompagner l’expansion et la progression en taille. Cela suppose un minimum de délai pour planifier les infrastructures, obtenir les autorisations et… les construire. Or, nous manquons encore d’outils de planification territoriale associant pleinement collectivités et Etat.
Efforts d’efficacité et achats de renouvelables
En pleine crise énergétique et climatique, le secteur est conscient de la sensibilité du sujet des ressources. « Il y a un risque lié à l’empreinte de l’IA, mais il faut mettre cela en perspective avec les 26 000 TWh de la demande électrique mondiale annuelle. Et avec les gains d’efficacité du secteur », a relativisé l’analyste de l’AIE Thomas Spencer, début juin, au salon Vivatech. « Pour la même quantité d’électricité, nous produisons trois fois plus de calcul informatique qu’il y a cinq ans », plaide-t-on chez Google, qui, comme les autres géants du cloud, a amélioré le refroidissement de ses centres ou développé des puces moins énergivores. Le coût électrique d’une requête effectuée sur l’assistant d’IA intégré à son moteur de recherche a baissé de 80 % en un an, assure l’entreprise.
« Le problème est que les besoins en calcul vont dans le même temps augmenter encore plus, car on développe les usages en mettant de l’IA générative partout : dans les réseaux sociaux, les moteurs de recherche, la bureautique… C’est l’effet rebond », objecte Sasha Luccioni, spécialiste des questions énergétiques pour la plate-forme d’IA Hugging Face. En effet, l’efficacité n’empêche pas la consommation électrique du secteur d’augmenter : celle de Google a doublé entre 2018 et 2022.
Autre argument des géants de la tech : leurs investissements dans les énergies renouvelables. Amazon se targue d’en être le premier acheteur mondial, avec « 500 projets éoliens et solaires, produisant l’équivalent de la consommation annuelle de 7,2 millions de foyers américains ». A Choose France, Microsoft a annoncé ses premiers contrats d’achat d’électricité à long terme (« PPA », power purchase agreement), en France, où il compte disposer « d’environ 100 MW de nouveaux projets d’énergie renouvelable d’ici à la fin 2024 ». Avec ces contrats, les grands du secteur « ajoutent de l’électricité décarbonée au réseau », défend le patron d’Equinix, qui a investi 250 millions d’euros dans six fermes éoliennes en France pour une consommation « équivalente à 660 000 foyers ».
Mais les PPA ont leurs limites. Leur énergie est souvent produite sur un lieu éloigné des centres et elle est intermittente, car liée au soleil et au vent : il faut donc quand même les brancher au réseau électrique local. C’est pour cela que Google et Microsoft ont l’objectif, à terme, d’alimenter leurs centres avec des énergies décarbonées 24 heures sur 24, grâce à des raccordements directs aux unités de production, des batteries, etc. Mais ces connexions ne seront pas généralisées avant 2030, au mieux.
Hugues Ferrebœuf, spécialiste du numérique du think tank sur l’énergie et le climat Shift Project, relève un autre problème : « Comme il y a des limites logistiques et matérielles pour fabriquer les systèmes de production d’énergies renouvelables, les grands acteurs du numérique décarbonent leur consommation en préemptant ces ressources rares, qui ne sont plus disponibles pour d’autres usages. » Enfin, utiliser de l’énergie « verte » n’empêche pas forcément de voir ses émissions de CO2 augmenter : Microsoft a dû reconnaître un bond de 30 % en 2023, en raison des émissions indirectes liées à la construction des nouveaux data centers et à la fabrication des puces des serveurs…
Pour rendre leur stockage de données plus « acceptables », les acteurs proposent aussi dans leurs nouveaux projets de récupérer leur chaleur pour chauffer des équipements, comme Equinix avec la piscine olympique de Saint-Denis (Seine-Saint-Denis). Scaleway a lui passé un accord avec RTE et Enedis, pour « s’effacer volontairement » du réseau électrique en cas de pic de consommation, « généralement l’hiver, en fin de journée ».
La crainte de tensions locales sur le réseau
Sera-t-on un jour obligé de choisir entre débrancher des data centers, des chauffages d’immeubles, des usines ou des transports ? « On peut toujours jouer à se faire peur », relativisait début juin la secrétaire d’Etat chargée du numérique, Marina Ferrari, en rappelant que la France a « relancé le nucléaire » avec six projets de réacteurs EPR. Elle reconnaissait toutefois un besoin de « mailler le territoire » pour compenser la « très grande concentration de projets en Ile-de-France et à Marseille ». C’est aussi l’approche d’Etix Everywhere, qui projette des « data centers de proximité » à Lille, Toulouse ou Lyon, afin d’éviter la saturation redoutée à Paris et à Marseille.
Dans le Bassin parisien, le besoin estimé de puissance électrique avoisinerait 7 GW à l’horizon 2030, soit cinq à sept réacteurs nucléaires, selon l’Institut Paris Région : Cécile Diguet, directrice du département transformations urbaines de l’agence d’urbanisme d’Ile-de-France, met en garde contre ce « processus d’accélération inquiétant », réalisé « sans planifications industrielle, environnementale et spatiale ». « Attention à ne pas fragiliser le réseau comme en Irlande », prévient-elle.
Dans ce pays, les centres de données devraient consommer un quart de l’électricité nationale en 2026, quasiment deux fois plus qu’en 2021. « Il existe un risque important pour la sécurité de l’approvisionnement en électricité », prévenait, fin 2021, EirGrid, le RTE irlandais. Depuis, les raccordements ne sont plus autorisés qu’au cas par cas. Les Pays-Bas ou l’Allemagne ont aussi encadré l’expansion des usines de données, de même que Singapour. A Taïwan, leur consommation d’eau pour le refroidissement a fait s’insurger les agriculteurs… Les centres de données vont-ils susciter des protestations, comme les entrepôts d’e-commerce ces dernières années ?
A Marseille, la dizaine de projets recensés pourrait plus que doubler le parc actuel. Inquiète des conséquences de cette frénésie, l’équipe municipale de gauche élue en 2020 s’est mobilisée, car « les centres de données concurrencent d’autres activités qui ont aussi des besoins électriques, comme le port et le réseau de bus », explique Laurent Lhardit, adjoint au maire chargé du dynamisme économique, de l’emploi et du tourisme durable. Pour mettre le holà, le conseil municipal a créé en octobre une commission de concertation chargée d’auditionner les porteurs de projets.
La tech, nouvelle alliée du nucléaire
Ces dilemmes naissants risquent de devenir plus pressants. « Nous ne mesurons pas encore pleinement les besoins en énergie de l’IA. Il n’y a pas moyen d’y arriver sans une avancée scientifique », a prophétisé Sam Altman, le fondateur d’OpenAI à Davos en janvier. Pour éviter l’impasse, le créateur de ChatGPT et de nombreux patrons de la tech se tournent vers le nucléaire. Début mars, Amazon a racheté le campus de data centers attenant à la centrale de Susquehanna (Pennsylvanie), s’assurant jusqu’à 900 MW de puissance. Et de nombreux acteurs, dont Equinix, espèrent à terme intégrer dans leur centre des mini-réacteurs nucléaires ou « SMR ». Microsoft a pour cela recruté fin 2023 Archana Manoharan et Erin Henderson, deux cadres de l’industrie nucléaire. Le fondateur de Microsoft, Bill Gates, a aussi investi dans la start-up de mini-réacteurs Terra Power et Sam Altman dans Oklo.
Les géants de l’IA sont même des apôtres de la fusion nucléaire, vue comme la promesse d’une énergie « illimitée et propre » : Google DeepMind participe à des recherches, le fondateur d’Amazon, Jeff Bezos, a investi dans la start-up General Fusion, Bill Gates dans Commonwealth Fusion Systems et Sam Altman dans Helion. Cette dernière a noué un accord d’achat de sa future énergie avec Microsoft et discute avec OpenAI, a révélé début juin le Wall Street Journal. Et les deux partenaires (Microsoft a investi 13 milliards de dollars dans OpenAI) nourriraient un projet géant de 5 GW pour 2028, selon The Information.
Mais ces programmes s’apparentent à une fuite en avant hasardeuse, note Sasha Luccioni : « Construire des centrales ou des SMR, cela prend des années, alors que le besoin pour l’IA est lui immédiat. Il y a un décalage ». En effet, pour l’heure, les SMR restent à l’état de projet et la fusion est une piste de recherche.
Technologie contre sobriété
Inquiets du risque de voir s’installer dans le débat public l’idée que « l’IA, c’est énergivore et mauvais pour l’environnement », le gouvernement comme les géants du numérique cherchent à déplacer le sujet : cette technologie peut aussi être la solution. L’IA ne pourrait-elle pas aider à améliorer les prévisions météo, mieux piloter les réseaux électriques, proposer des trajets moins émetteurs de CO2 ou innover dans les isolants et les batteries ? « Ce débat est difficile à avoir car ces gains hypothétiques ne sont pas bien chiffrés », rétorque Mme Luccioni, pour qui, en cette période de « technoptimisme très fort », la priorité est plutôt de se demander : « A-t-on vraiment besoin de l’IA générative partout ? »
La solution serait de développer des IA plus spécialisées, plus simples et plus « frugales » : la chercheuse aimerait créer « une sorte de Nutri-Score de l’IA » affichant la consommation énergétique de chaque modèle. Le ministre de l’écologie, Christophe Béchu, avait d’ailleurs annoncé en mai la création d’un « référentiel d’évaluation environnementale des IA », pour favoriser la technologie « sobre ». Une autre force de rappel, économique, pourrait jouer : des investisseurs commencent à s’inquiéter du décalage entre les coûts colossaux des data centers et les perspectives de revenus des IA génératives, pour l’heure bien moins pharaoniques.