Révolution de l’IA : quel impact environnemental ?
Nous examinons l’empreinte carbone de l’IA, tant au niveau de son infrastructure physique que de ses applications potentielles.
Authors
Artificial intelligence (AI) is rapidly transforming the way we live and work. While AI has the potential to revolutionise many industries, there are significant environmental implications to consider.
Here we focus on the direct environmental effects of AI, and potential solutions to mitigate these. We also look at some of the indirect environmental influences that AI applications may have.
Quel est l'impact environnemental de l'infrastructure matérielle de l'IA ?
L’impact environnemental direct de l’IA est principalement lié à l’infrastructure matérielle dont elle a besoin. Cela inclut les centres de données, les processeurs et d’autres matériels informatiques spécialisés, que l’on appelle l’infrastructure de calcul de l’IA. La grande majorité des données montre que l’impact environnemental direct de l’IA est largement négatif.
Le cycle de vie des calculs d’IA est divisé en quatre étapes : i) la production, ii) le transport, iii) l’exploitation et iv) la phase de fin de vie. Les émissions les plus importantes (environ 70-80%) proviennent de la phase opérationnelle.
1. La production
La phase de production tient compte de l’extraction physique des matières premières et de la création des composants nécessaires à la construction du matériel et de l’infrastructure de l’IA. Il est difficile de mesurer cette étape : les ressources utilisées sont généralement liées aux technologies de l’information et de la communication (TIC), plutôt qu’à l’IA.
Les estimations de l’empreinte carbone due à la production de l’IA varient et sont actuellement considérées comme relativement peu significatives. Cependant, à mesure que l’énergie renouvelable devient une part de plus en plus importante de l’énergie consommée au cours de la phase de production, l’impact environnemental au cours de la phase de production deviendra plus significatif.
2. Le transport
Le transport de matériel informatique ne représente qu’une petite fraction des émissions mondiales de gaz à effet de serre dues au transport, avec une proportion encore plus faible en ce qui concerne le matériel de calcul de l’IA.
3. L’exploitation
C’est le principal point d’attention lors de l’analyse de l’impact environnemental direct de l’IA. Les deux principales préoccupations environnementales de cette étape sont la consommation d’énergie et l’utilisation de l’eau.
Énergie
Nous pouvons utiliser les centres de données comme proxy pour contextualiser la consommation d’énergie de l’IA. Bien que tous les centres de données ne soient pas utilisés pour l’IA, les modèles d’IA sont de plus en plus souvent formés, hébergés et déployés dans des centres de données de très grande taille, à l’échelle d’un entrepôt. On estime qu’environ 1 à 1,5% de la demande totale d’électricité mondiale provient des centres de données, soit environ 220-320 térawatts-heures.
Il s’agit d’un chiffre qui est resté relativement constant au cours de la dernière décennie malgré l’augmentation substantielle de la charge de travail des centres de données. Les principales raisons de ce découplage impressionnant ont été : i) les améliorations de l’efficacité du calcul ; ii) le passage au cloud ; et iii) la transition vers des centres de données à grande échelle.
En ce qui concerne plus spécifiquement la consommation d’énergie de l’IA générative, une étude de Harvard a révélé que l’entraînement de Chat GPT-3 a nécessité 1,3 gigawatt-heure, soit environ la consommation annuelle de 120 foyers américains. Le principal problème de l’IA générative est que la complexité du modèle augmente de manière exponentielle et nécessite donc beaucoup plus d’énergie.
Les grandes entreprises technologiques et les opérateurs de centres de données ont besoin d’une grande quantité d’énergie et beaucoup d’entre eux ont pris des engagements importants en faveur des énergies renouvelables. Cela présente à la fois des avantages et des inconvénients. Ce qui est clairement négatif, c’est qu’une grande quantité d’énergie renouvelable est consommée par un seul secteur.
On pourrait avancer que les exploitants/propriétaires des centres de données soutiennent la production d’énergie renouvelable en s’engageant à acheter une certaine quantité d’énergie auprès du promoteur du projet. Mais la question est de savoir si le projet d’énergie renouvelable aurait vu le jour sans le soutien financier des entreprises technologiques, ou si ces dernières signent des contrats dans le cadre de projets déjà engagés.
Eau
La consommation d’eau des centres de données dépend à la fois de l’eau consommée pour la production d’électricité et de l’eau consommée pour le refroidissement.
Une étude récente de l’Université du Massachusetts à Amherst a montré que l’entraînement d’un seul modèle d’IA générative peut consommer jusqu’à 284 000 litres d’eau. C’est l’équivalent de la consommation d’eau d’une personne pendant 27 ans.
Il s’agit d’un problème important parce que l’utilisation de l’IA est de plus en plus répandue dans de nombreux secteurs. La demande en centres de données et la consommation d’eau qui en découle ne feront qu’augmenter.
4. La phase de fin de vie
L’impact environnemental principal de la phase de fin de vie de l’IA est sa contribution aux déchets électroniques. L’élimination des technologies de l’IA aura des impacts environnementaux importants en raison de la présence de matériaux dangereux (tels que les métaux lourds et les produits chimiques toxiques), qui peuvent s’infiltrer dans l’environnement et provoquer une pollution.
La mise en place d’un modèle d’économie circulaire, qui consiste à minimiser les déchets et à maximiser l’utilisation des ressources, est essentielle à la gestion de l’impact environnemental de l’IA.
Comment réduire les dégâts environnementaux causés par l’IA ?
Les centres de données et l’IA réduisent leur empreinte environnementale opérationnelle de quatre manières :
- Énergies renouvelables – Le point de départ évident est l’utilisation d’énergies renouvelables pour alimenter les centres de données, ce que le secteur fait déjà.
- Améliorer l’efficacité du modèle – En utilisant et en affinant les modèles préentraînés, les équipes d’IA gagnent du temps et économisent beaucoup d’énergie lors de l’élaboration des modèles.
- Pratiques économes en énergie – L’un des moyens d’améliorer l’efficacité des centres de données est la virtualisation des serveurs, qui consiste à permettre à plusieurs serveurs virtuels de fonctionner sur un seul serveur physique. Cela permet de consolider les serveurs et les ressources matérielles, réduisant ainsi la quantité d’énergie nécessaire pour les faire fonctionner et les refroidir.
- Systèmes de refroidissement – L’électricité entrant dans un centre de données doit à terme être rejetée en tant que déchet par le biais d’un système de refroidissement. Le refroidissement des centres de données représente 33 à 40% de l’utilisation globale de l’énergie des centres de données et consomme des centaines de milliards de litres d’eau douce par an. Les technologies de refroidissement des centres de données ont récemment fait l’objet de progrès importants, ce qui a permis d’améliorer l’efficacité et de réduire les coûts. L’emplacement du centre de données lui-même peut également faire une énorme différence. En construisant des centres de données dans des endroits où les énergies renouvelables sont abondantes et/ou où le climat est plus frais, il est possible de réaliser d’importantes économies en termes d’émissions.
Y a-t-il des impacts environnementaux positifs de l’IA ?
De façon plus positive, il existe différentes méthodes innovantes pour réutiliser la chaleur générée par les centres de données.
On peut, par exemple, utiliser la chaleur excédentaire pour renforcer les systèmes de chauffage urbain, ce qui permet d’acheminer de l’eau à haute température à destination des ménages et des bâtiments.
Cette énergie thermique peut également être exploitée dans l’agriculture, notamment pour chauffer des serres tout au long de l’année, ou pour chauffer l’eau des piscicultures et des piscines publiques.
Qu’en est-il de l’impact environnemental des utilisations de l’IA ?
Il y a presque un nombre infini de problèmes du monde réel que l’IA peut aider à résoudre.
Si l’on prend l’exemple de l’utilisation durable des terres, les applications de l’IA comprennent : la prévision précoce du rendement des récoltes ; l’agriculture et la nutrition de précision ; les prévisions météorologiques hyperlocales pour la gestion des cultures ; la détection précoce des problèmes liés aux cultures ; la détection automatisée et améliorée des changements d’utilisation des terres pour éviter la déforestation ; la surveillance de la santé et du bien-être du bétail.
Il existe de nombreux autres exemples, et il est clair que l’IA a le potentiel de générer des avantages environnementaux importants.
Cependant, toute application d’IA qui améliore l’efficacité d’industries déjà nuisibles serait considérée comme néfaste.
Et l’argument selon lequel l’IA améliore l’efficacité des opérations et est donc bénéfique pour l’environnement n’est valable que si, pour une tâche donnée, la consommation d’énergie diminue. Mais à mesure que les technologies deviennent plus efficaces et productives, elles peuvent entraîner une augmentation de la demande et de la consommation. Cela pourrait annuler les avantages environnementaux ou économiques liés à l’amélioration de l’efficacité.
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