L’efficience informatique commence avant le code

011re année · Contraintes physiques

La première année établit une culture physique et infrastructurelle. Les étudiants distinguent énergie et puissance ; examinent les formes mécanique, chimique, électrique, thermique et nucléaire ; puis suivent les transformations qui permettent d’obtenir un travail utile. La thermodynamique n’est pas un chapitre décoratif : elle contraint tout système énergétique.

Le premier principe affirme la conservation de l’énergie. Il ne dit pas que toute conversion est également utile ou réversible. La chaleur passe d’un corps chaud vers un corps froid ; les moteurs rejettent de la chaleur ; le transport et la conversion introduisent des pertes ; le second principe explique pourquoi un bilan énergétique techniquement possible n’implique pas un processus réversible. Avant de devenir un indicateur logiciel, l’« efficience » possède donc un numérateur, un dénominateur et une limite physique.

L’année aborde ensuite les transferts de chaleur et de masse, les machines thermiques, les ondes, la télédétection, les énergies fossiles et nucléaire, l’électricité et la conversion électromécanique. Un atelier d’optimisation énergétique d’une gare de péage réunit les couches : l’IA intervient après la description du système physique, de ses mesures et de ses contraintes.

02Réseau et contrôle

L’électricité ajoute une contrainte que les étudiants en informatique reconnaissent immédiatement : le système doit être observé et piloté en continu. Production et demande doivent rester équilibrées. Une production insuffisante pose problème ; une surproduction incontrôlée également. La variabilité de l’éolien et du solaire, la maintenance des grandes centrales, les limites du stockage et l’évolution de la demande influencent toutes la décision de pilotage.

Les cours enregistrés de Robert Plana rendent cette dimension opérationnelle explicite. Une production pilotable peut être ajustée ; le stockage peut déplacer une partie de l’énergie dans le temps ; les réseaux interconnectés peuvent mutualiser des capacités ; compteurs intelligents et capteurs peuvent révéler une perturbation locale avant sa propagation. Le réseau est une infrastructure physique, mais aussi un problème distribué de mesure, de prévision, d’optimisation et de protection.

Ce lien devient essentiel par la suite. Une charge informatique n’est pas alimentée par une quantité abstraite appelée électricité. Elle est fournie en un lieu et à un moment précis, par un réseau de capacité finie, à partir d’actifs aux délais de réponse, disponibilités, émissions et contraintes de maintenance différents.

032e année · Systèmes couplés

La deuxième année change d’échelle. Le climat n’est pas présenté comme une suite d’événements météorologiques exceptionnels, mais comme les statistiques et la dynamique d’un système couplé. La météo décrit l’état de l’atmosphère à court terme. Le climat concerne des périodes plus longues, des distributions et des extrêmes, et oblige à considérer ensemble atmosphère, océans, glaces, terres et biosphère.

Le cours introductif de David Medio suit l’énergie dans ce système. Rayonnements solaire et terrestre interagissent avec gaz, aérosols et nuages. Atmosphère et océan échangent chaleur, eau et quantité de mouvement. Les glaces modifient l’albédo et le niveau marin ; la végétation échange carbone et eau ; la circulation océanique redistribue la chaleur à l’échelle planétaire. Une modification d’un composant peut en transformer plusieurs autres, parfois selon des échelles de temps très différentes.

C’est ici que le lien avec les données et l’informatique devient méthodologique. Une tendance n’est pas une anecdote. Un modèle n’est pas le système. Les mesures ont une couverture spatiale, une incertitude et des limites historiques. Une conclusion crédible relie observations, statistiques et mécanisme physiquement plausible. La science du climat offre ainsi un exemple exigeant de raisonnement à partir de données incomplètes dans un système non linéaire.

043e année · Décisions informatiques

Ce n’est qu’en troisième année que l’informatique devient l’objet principal de l’analyse. Les étudiants ont alors étudié le cloud, l’ingénierie des données et l’IA. Ils peuvent examiner centres de données, stockage, réseaux et algorithmes sans réduire la consommation électrique à un chiffre isolé.

Le cours considère l’informatique dans deux rôles. Elle constitue une charge : processeurs, mémoire, stockage, mouvements de données, refroidissement, résilience et renouvellement du matériel exigent des ressources. Elle est aussi un instrument : les mêmes technologies servent à la modélisation climatique, à la télédétection, aux réseaux intelligents, à la prévision de la demande, à la gestion de l’eau, à la mobilité et à l’optimisation industrielle. Aucun rôle n’annule l’autre.

La question d’ingénierie n’est donc pas de savoir si l’IA ou le cloud sont « bons » ou « mauvais » pour l’environnement. Il s’agit de déterminer si un service défini produit assez de valeur pour justifier ses impacts mesurés ; si une autre architecture fournit le même service avec moins de ressources ; et si une amélioration apparente déplace la charge vers une autre couche, un autre lieu ou un autre moment.

05Indicateurs

Un indicateur n’est utile que si sa question est explicite. Énergie par inférence, carbone par transaction, taux d’utilisation des serveurs et PUE décrivent des parties différentes du système. Aucun n’est un score universel. Une valeur plus faible peut coexister avec un impact total plus élevé lorsque la demande augmente, que le travail est déplacé ailleurs ou que le gain d’efficience rend le service assez peu coûteux pour être utilisé beaucoup plus souvent.

C’est le problème de l’effet rebond dans sa forme pratique. Il ne rend pas l’efficience inutile. Il impose de présenter à la fois l’intensité et l’échelle, et de distinguer une optimisation locale d’une réduction à l’échelle du système. Il faut aussi préciser si l’estimation porte sur l’électricité d’exploitation, le cycle de vie, les émissions moyennes du réseau ou une variation marginale.

06Pourquoi trois ans

Le séminaire dure trois ans parce que les questions gagnent en précision à mesure que le vocabulaire technique des étudiants s’enrichit. En première année, conservation, conversion et infrastructures contraignent le problème. En deuxième, systèmes couplés, observations et incertitude le complexifient. En troisième, les architectures informatiques peuvent être évaluées à l’intérieur de ces limites physiques.

Cette progression a été proposée par José Massol, président et cofondateur de DSTI. Sa formation à Arts et Métiers et Supélec, puis sa carrière dans les systèmes complexes de l’industrie française de défense, ont nourri une question curriculaire simple : peut-on former complètement un ingénieur informaticien tout en le laissant ignorer l’énergie et les infrastructures physiques dont dépend tout système numérique ? Les contenus scientifiques et pédagogiques sont élaborés par les enseignants responsables de chaque partie ; la contribution initiale fut d’exiger que la question reste présente pendant tout le diplôme.

07Intervenants

Les références professionnelles et scientifiques importent uniquement parce que le sujet traverse plusieurs disciplines. Le séminaire est assuré par des personnes dont le travail les place au cœur des systèmes étudiés, non parce que l’article aurait besoin d’une accumulation de titres.

08Le résultat utile est une meilleure question

Le séminaire ne se termine pas par une liste de technologies approuvées. Il doit rendre l’ingénieur moins disposé à accepter une affirmation dont les hypothèses physiques restent cachées.

Note éditoriale : cet article synthétise le contenu et la raison d’être d’un séminaire assuré par plusieurs intervenants pendant le BSc. Sa formulation n’est attribuée à aucun enseignant en particulier et certaines questions scientifiques et techniques sont simplifiées pour un lectorat technique général.