Cet article fait partie des 112 cas de l’économie bleue.

Cet article fait partie d’une liste de 112 innovations qui façonnent l’économie bleue. Il s’inscrit dans le cadre d’un vaste effort de Gunter Pauli pour stimuler l’esprit d’entreprise, la compétitivité et l’emploi dans les logiciels libres. Pour plus d’informations sur l’origine de ZERI.

Ces articles ont été recherchés, écrits par Gunter Pauli et mis à jour et traduits par les équipes de l’économie bleue ainsi que la communauté.

Si vous souhaitez contribuer, où nous faire remonter des erreurs d’écriture, de traductions ou de contenu, merci de bien vouloir nous contacter.

Cas 59 : Le courant continu en tant que norme

Mar 7, 2013 | 100 Innovations, Energie

Le marché

Le marché mondial des serveurs informatiques devrait atteindre en 2011 près de 48 milliards de dollars, contre 42,2 milliards en 2009. Cela correspond à 7,6 millions de serveurs. Le premier trimestre 2011 a déjà confirmé une croissance de 8,7% en volume, alors que le segment haut de gamme a progressé de 14,2%. Il s’agit d’une bonne nouvelle après que l’entreprise a souffert en 2009 d’un ralentissement marqué de l’économie avec une baisse de 18 % de la demande par rapport à 2008. Le concept de cloud computing, qui consiste à fournir des données et des services à la demande en utilisant des réseaux d’ordinateurs au lieu d’un serveur local, devrait stimuler davantage la demande de serveurs. L’un des grands changements dans le système Internet en constante évolution est qu’un nombre croissant de serveurs sont exclusivement dédiés à la vidéo. Ce segment de marché devrait passer de presque rien il y a deux ans à 2,3 milliards de dollars en 2012. La croissance des centres de données est explosive. Une entreprise comme Dell double le nombre de ses centres de services de données en Chine, passant de un à deux mille en un an seulement, affirmant que 60 % de tous les centres de services cloud en Chine sont basés sur Dell. Le leader du marché des serveurs (tous types confondus) est Hewlett Packard, qui détient 31,5 % du marché, suivi de près par IBM avec 29,2 %. Oracle, un nouveau venu dans le domaine, a acquis 6,5 %. L’arrivée des parcs de serveurs a un prix : 1,2 % de toute l’énergie électrique aux États-Unis est consommée par les serveurs, ce qui représente 0,5 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre. Intel est, avec 100 000 serveurs, le plus grand utilisateur de serveurs déclaré au monde. Facebook avait en 2010 plus de 60.000 serveurs, mais Google laisse le monde entier deviner le nombre de serveurs qu’il emploie, avec certains prétendant qu’il a maintenant dépassé le million. Microsoft pourrait en avoir jusqu’à 225 000, Yahoo et eBay fonctionnant chacun à plus de 50 000 unités. Les sociétés de télécommunications sont des utilisateurs mineurs avec 20 à 25.000 serveurs seulement ( !) pour des opérateurs géants comme Verizon et AT&T.

L’innovation

Le moteur de l’innovation pour les serveurs a été la combinaison de l’augmentation de la puissance des ordinateurs et de la miniaturisation. La préconfiguration d’offres groupées de serveurs est également devenue un élément clé dans la recherche de l’efficacité. L’efficacité énergétique a fait l’objet d’une attention particulière, en particulier grâce à la conception des composants. Le monde de l’électronique mobile s’est rendu compte que la technologie Bluetooth est techniquement très performante, mais qu’elle peut être considérée comme le “Hummer” des communications puisqu’elle fait un usage excessif d’énergie. La faible puissance thermique de conception (TDP) est devenue un domaine clé, poussant les exigences par processeur de 35 à 40 W jusqu’à 15 W à l’heure actuelle, voire moins de 10 W d’ici 2012. Cependant, le principal défi est que le réseau fournit de l’électricité en courant alternatif (CA) alors que toute la consommation est en courant continu (CC). La conversion du courant alternatif en courant continu implique une perte d’efficacité et, bien que cela ait créé un marché énorme pour les convertisseurs de courant alternatif en courant continu, non seulement cela augmente les coûts, mais cela rend également l’efficacité énergétique difficile à atteindre, car au moins 10 % de l’énergie alternative est convertie en chaleur et est donc perdue. Pire encore, l’excès de chaleur doit être éliminé, ce qui exige que tous les parcs de serveurs soient excessivement climatisés. Umesh Mishra est professeur à l’Université de Californie à Santa Barbara et expert en physique. Il a apporté d’importantes contributions scientifiques à la conception de transistors à grande vitesse. M. Mishra a développé une expertise en amplification de puissance et a conclu qu’il pouvait concevoir des puces informatiques pour convertir le courant alternatif en courant continu. Au lieu de perdre 10 pour cent de l’énergie sous forme de chaleur perdue, il pourrait maintenant obtenir +99 %, et n’avoir presque aucune perte de chaleur. De tels convertisseurs très efficaces pourraient réduire la demande de climatiseurs qui ronronnent dans les centres de données uniquement pour se débarrasser de la chaleur résiduelle produite par la lumière et les serveurs. Il a calculé que si sa solution était appliquée à l’ensemble de l’industrie, son innovation permettrait d’économiser des centaines de térawattheures d’électricité. Las Vegas – souligne le professeur Mishra – ne consomme que 33 térawattheures !

Le premier flux de trésorerie

M. Umesh et ses collègues ont ensuite créé Transphorm, une entreprise qui vise à produire des puces qui convertiront le courant alternatif en courant continu, éliminant ainsi le besoin de chargeurs qui sont aussi des redresseurs. Transphorm a reçu 38 millions de dollars d’investisseurs dont Google, une société qui a déjà décidé de créer pour chaque serveur une batterie de secours de 12 V DC. Google est allé plus loin et a créé ses centres de données à l’intérieur de conteneurs d’expédition standard de 40 pieds, chacun avec 1 160 serveurs d’une puissance absorbée de 250 kW, tous basés sur le courant continu. Les centres de données s’appuient généralement sur des alimentations sans interruption (ASI), qui sont des batteries géantes qui se mettent en marche lorsque l’alimentation principale tombe en panne. L’onduleur fonctionne beaucoup plus rapidement que les générateurs diesel traditionnels, ce qui entraîne des perturbations. Cependant, l’intégration de l’alimentation électrique dans le serveur est moins chère, ce qui permet de faire correspondre le coût directement au serveur, d’éliminer le gaspillage de capacité et de s’adapter aux besoins locaux.

L’opportunité

Alors qu’Umesh Mishra prévoit que son usine de prototypes sera opérationnelle en 2012, le véritable changement qui devrait se produire est de ne pas avoir à s’inquiéter du tout de la conversion. La substitution de quelque chose par “rien” est l’un des principes fondamentaux de l’économie bleue. L’objectif devrait être de remplacer les convertisseurs c.a./c.c. par aucun convertisseur du tout. Ceci n’est viable que lorsque l’ensemble du réseau, y compris la charge de base, fonctionne en courant continu. Après tout, les serveurs, les ordinateurs portables, les lumières LED, les téléphones portables, les moteurs électriques et les véhicules, même les réfrigérateurs fonctionnent en courant continu. Les panneaux solaires, la piézo-électricité et de nombreuses énergies renouvelables sont également basés sur le courant continu. Alors pourquoi chercher des onduleurs coûteux (souvent appelés chargeurs – mais dont la fonction principale est de rectifier 110 ou 220 AC en 6 -12 ou 24 DC), alors que nous pourrions contourner cette inefficacité du réseau ? La révolution en cours est que les innovations dans les convertisseurs de courant alternatif à courant continu ne sont tout simplement pas nécessaires puisque l’énergie renouvelable pourrait être produite et consommée localement, éliminant ainsi le besoin de macro-réseaux intelligents. L’énergie centrale dans les bâtiments pourrait être alimentée par des sources multiples, comme cela a été décrit dans les scénarios 12 (vibrations aéroélastiques), 40 (électricité par osmose), 42 (électricité par robinet), 53 (énergie solaire innovante) et piézo-électrique, grâce à la force de compression du bâtiment qui peut produire jusqu’à 6 V CC pour chaque tonne de compression. Alors que l’assemblage des panneaux de compression en est encore au stade conceptuel, il est clair que la technique de fabrication des cellules solaires photovoltaïques est très similaire à celle des cellules de compression, où le silicium est remplacé par le quartz, la soie cristalline ou encore le sucre et le sel. La seule condition du succès est que le bâtiment bouge légèrement – au niveau moléculaire – et cela peut être très facilement atteint si nous repensons le toit. La superstructure d’un bâtiment ressemblera plutôt à un arbre avec un large auvent protégeant la base de la pluie et du soleil, mais offrant la flexibilité de se déplacer au rythme du vent et de la terre afin d’exploiter la puissance intégrée dans la rotation de la Terre, que Kepler a déjà prouvé il y a des siècles. Des solutions inspirées des systèmes naturels. Cette nouvelle norme déclencherait une formidable vague d’esprit d’entreprise, stimulée par l’efficacité énergétique, rendant les énergies renouvelables plus compétitives puisqu’elles ne sont pas obligées de passer par le cycle du CC au CA, puis du CA au CC. Le plus important est que toute l’électronique peut être conçue pour faire un bond en avant en matière d’efficacité énergétique. Un multiple de courants électriques minuscules – souvent à un taux de 70 millivolts – qui n’ont jamais été considérés comme commercialement viables car les inverser à 110 ou 220 V serait trop coûteux et trop inefficace, devient maintenant économiquement viable puisque l’inversion n’est nécessaire que jusqu’à 6 – 12 ou 24 V. Ceci est comparable à ce qui est nécessaire pour mettre l’énergie des cellules solaires sur le réseau. Le grand avantage est que ces courants peuvent être utilisés localement, sans avoir besoin d’un réseau électrique, transformant le poids et la conception structurelle des bâtiments en charge de base qui fournira tout ce qui est nécessaire localement, et fournira de l’électricité à travers un micro réseau intelligent. C’est en fin de compte ce qu’est l’économie bleue : utiliser ce que vous avez, voir les connexions et ensuite faire en sorte que cela se produise !

Découvrez d'autres articles des 100 Innovations

Bibliothèque de projets

Retrouvez l’ensemble des innovations et des clusters liés et promus par l’économie bleue sur la page de la bibliothèque des projets.

Nous suivre sur les réseaux

Pour découvrir notre actualité, les annonces inédites et nous aider à partager cette belle philosophie, suivez-nous sur les réseaux sociaux.

Nous contacter

Si vous souhaitez nous contacter, nous proposer des modifications où nous signaler des erreurs d’écriture ou de traduction, c’est par ici !