En route vers un net zéro : Comment les laboratoires de test peuvent réduire la consommation d’énergie

Les laboratoires de test modernes ressemblent à de petits centres de données. Ils disposent de racks de modules de test matériels connectés à des logiciels ; les ingénieurs les utilisent pour l’analyse et la prise de décision basée sur les données. Comme dans les centres de données, ce processus produit des émissions de GES qui sont généralement « hors de vue, hors de l’esprit ». En effet, chaque produit technologique a un cycle de vie, et chaque phase de ce cycle de vie produit des émissions de GES. On extrait les matières premières de la Terre pour créer les pièces du produit, on fabrique le produit, on le transporte puis on l’utilise jusqu’à ce qu’il atteigne la fin de son cycle de vie, date à laquelle il est ensuite éliminé ou recyclé. Typiquement, la phase d’utilisation représente la grande majorité des émissions.

Cycle de vie des systèmes PXI

En analysant le cycle de vie de ses systèmes PXI en 2021⁵, qui ont une longue durée de vie de plus de 10 ans, NI a constaté que 96 % des émissions de gaz à effet de serre des produits provenaient de la phase d’utilisation.

^{Figure 1 : Après moins de six mois d’utilisation, l’impact environnemental de la consommation d’énergie du PXI équivaut à l’impact de toutes les autres étapes du cycle de vie combinées.}

Les défis techniques liés à la réduction de la consommation d’énergie

Réduire les émissions associées à l’utilisation de produits dans un laboratoire de test n’est pas aussi simple que d’éteindre tous les systèmes lorsqu’ils ne sont pas utilisés. La tâche est complexe pour plusieurs raisons :

• Les laboratoires de test sont des environnements hétérogènes : ils contiennent de nombreux types de systèmes différents qui ont chacun leurs propres modèles d’utilisation et production d’énergie.
• Déterminer quand un système de test est en service ou non peut s’avérer difficile. En effet, les tâches en arrière-plan peuvent s’exécuter sans utiliser l’équipement de test directement, d’une autre manière, l’équipement de test peut fonctionner avec une sollicitation minimale du processeur.
• Les équipes internationales partagent souvent les mêmes systèmes de test et ces derniers fonctionnent souvent 24 heures sur 24, car les membres de l’équipe se connectent dans des fuseaux horaires différents.
• Les arrêts intempestifs présentent le risque de perdre des tâches critiques.
• De nombreux instruments de test et de mesure nécessitent un temps de préchauffage spécifique avant de pouvoir répondre aux spécifications de performance.

Les défis organisationnels liés à la réduction de la consommation d’énergie

Outre les facteurs cités plus haut, l’équipe de test d’une entreprise peut être séparée de ses équipes : tout d’abord de son équipe de développement durable, qui est responsable de la fixation des objectifs d’émissions ; mais également de son équipe des installations, qui est responsable de la mise en œuvre des mesures d’efficacité énergétique et du paiement des frais de services publics. Les équipes de test peuvent donc ne pas être conscientes de l’impact de leurs efforts. De plus, il peut s’avérer difficile de déterminer quelle équipe dispose du budget et de l’autorité décisionnelle nécessaires pour mettre en œuvre les mesures d’efficacité énergétique.

L’une des premières solutions d’économie d’énergie que les responsables de laboratoires de test peuvent envisager est d’utiliser des produits plus économes en énergie. Les produits PXI de NI sont déjà très efficaces. En effet, ils exploitent fortement les technologies et les composants PC standard du commerce dont la consommation d’énergie a été optimisée. Les responsables devraient donc plutôt concentrer leurs efforts sur l’efficacité de l’utilisation.

Une des approches traditionnelles pour améliorer l’efficacité énergétique dans un bâtiment d’entreprise consiste à calculer la consommation d’énergie globale de l’installation, à déterminer les économies pouvant être réalisées en éteignant l’équipement pendant les heures creuses, puis à installer des technologies d’arrêt intelligentes et/ou à développer des procédures d’arrêt que les équipes doivent suivre. Les responsables peuvent également envisager de programmer certaines tâches de l’installation pendant les heures creuses, ce qui ne réduirait pas la consommation globale d’énergie, mais pourrait potentiellement réduire les frais de services publics dans certaines zones.

Diverses technologies nécessitent une analyse complexe

Étant donné que les laboratoires de test sont des environnements technologiques très diversifiés, avec des systèmes effectuant des tâches critiques à des horaires différents, chaque système doit être audité et analysé individuellement. Les responsables de laboratoires de test doivent répondre à des questions telles que :

• Quels sont les systèmes qui consomment le plus d’énergie ?
• Pendant combien d’heures chaque système fonctionne-t-il ?
• Comment chaque système est-il utilisé et par qui ?
• Quels systèmes doivent fonctionner en continu et lesquels pourraient être mis hors tension lorsqu’ils ne sont pas utilisés ?
• Quels sont les risques d’un arrêt intempestif ?
• Comment mettrons-nous en œuvre les procédures d’arrêt ?
• Est-il envisageable de prévoir une plus grande partie de notre charge de travail en dehors des heures de pointe ?
• Comment surveillerons-nous nos économies d’énergie ?

L’analyse manuelle est fastidieuse

Mener une telle analyse manuellement est fastidieux et chronophage, en particulier parce que les données d’utilisation des stations de test sont variables et doivent être recueillies sur une période suffisamment longue pour identifier des tendances.

À l’échelle du laboratoire, un arrêt automatique des équipements en dehors des heures de bureau n’est généralement pas possible. En effet, d’autres membres de l’équipe mondiale peuvent avoir besoin d’accéder à certains systèmes à distance ; arrêter le système de façon intempestive pourrait entraîner la perte de tâches critiques. Certains systèmes de test ont besoin d’une à deux heures pour préchauffer ou se réétalonner une fois sous tension. Les équipes doivent tenir compte de ce temps de démarrage.

Autrement, compter sur les membres de l’équipe pour suivre les protocoles d’arrêt présente certains défis. Les responsables doivent désigner des points de contact pour différents systèmes et expliquer pourquoi, quand et comment éteindre ces systèmes sans perturber le travail collaboratif à l’échelle mondiale.

Comment les responsables de laboratoires de test peuvent-ils réduire la consommation d’énergie et les émissions liées à la technologie avec moins d’effort et plus d’exactitude ? La solution est immédiatement disponible, au sein même des technologies de test et de mesure. En utilisant ces technologies pour relever les défis de la conservation, les responsables peuvent automatiser les processus suivants :

• Mesure de la consommation d’énergie de chaque système et du laboratoire dans son ensemble
• Identification des tendances en matière de consommation d’énergie et des meilleures opportunités d’économies ou de planification de la charge de travail
• Protocoles d’automatisation pour les systèmes qui s’arrêtent lorsqu’ils ne sont pas utilisés, planification et équilibrage de charge de la charge de travail
• Suivi des réductions de consommation d’énergie, aux heures de pointe et en général

Mesure de la consommation d’énergie

Certains produits technologiques ont des capacités intégrées pour mesurer leur consommation d’énergie. Cependant, cela ne concerne pas toujours l’intégralité des produits du laboratoire. Pour les systèmes qui ne disposent pas de fonctionnalités intégrées, le moyen le plus simple pour les responsables de laboratoires de test de configurer une mesure automatisée de leurs systèmes technologiques est de connecter du matériel de mesure externe aux périphériques de leurs laboratoires.

La prochaine étape consisterait à configurer un programme logiciel pour collecter et analyser en continu les données de consommation d’énergie du matériel de mesure. Les statistiques utiles à suivre sont la consommation d’énergie globale, les habitudes des utilisateurs, les temps d’utilisation et la consommation d’énergie d’un système spécifique. Les responsables doivent suivre ces statistiques jusqu’à ce que des tendances se dessinent.

Identifier les opportunités de conservation

Les logiciels de mesure peuvent fournir aux responsables de test une analyse complète de leurs laboratoires. Cette analyse fait correspondre la consommation d’énergie aux besoins de l’équipe et montre les opportunités d’économies et de réductions de coûts. Les meilleures opportunités d’optimisation se situent souvent dans les systèmes qui consomment beaucoup d’énergie et qui restent inutilement inactifs. Les responsables peuvent également rechercher des opportunités pour planifier les charges de travail de manière à éviter les frais élevés de services publics, tout en optimisant l’utilisation des équipements.

Automatiser la conservation

Une fois les mesures de conservation identifiées, la stratégie la plus avancée pour les mettre en œuvre consiste à mettre en place un arrêt automatique des systèmes lorsqu’ils ne sont pas utilisés. Les options incluent la définition de simples programmes de mise sous et hors tension ou l’activation du contrôle de l’alimentation à distance. À l’avenir, les entreprises pourraient également envisager de déployer des outils d’analyse avancés pour examiner les modèles d’utilisation. Cela permettrait de faire des recommandations sur le moment où les tests doivent être exécutés et le moment où les systèmes peuvent être éteints, avec l’aide de l’intelligence artificielle pour automatiser ces actions.

Suivi des réductions

L’évaluation continue des mesures de conservation est essentielle pour étayer la communication de l’entreprise en matière de développement durable ainsi que pour justifier l’adoption de mesures supplémentaires dans l’ensemble de l’entreprise. Pour suivre l’utilisation continue, les gestionnaires de test peuvent utiliser le même logiciel que celui utilisé pour la mesure initiale.

Laboratoires de test comme condition de test

NI s’est fixé pour objectif de devenir une entreprise climatiquement neutre d’ici à 2030. ⁶ Pour atteindre cet objectif, l’entreprise devra procéder à des changements à l’échelle de l’entreprise, tout en adoptant une approche de « chasse au trésor énergétique » pour trouver les moindres possibilités de réduction sur chaque site. En travaillant ensemble, les équipes de recherche et développement et les installations de NI ont constaté que 4 % de l’énergie consommée par NI provenait de ses laboratoires de test internes⁷, qui servent à tester le développement des produits NI. Les laboratoires étaient donc tout indiqués pour une campagne de réduction gérable mais efficace.

Solution de mesure : PDU intelligentes + logiciel SystemLink™

L’équipe R&D de NI a décidé d’analyser l’énergie utilisée par l’un de ses laboratoires d’Austin. Ce dernier contient des centaines de systèmes de test, dont 151 systèmes PXI(e). Les châssis PXIe-1095, PXIe-1092 et PXIe-1084 de NI sont dotés des meilleures capacités de mesure d’énergie intégrées. Pour compléter ces capacités, nous avons connecté tous les équipements du laboratoire à des unités de distribution d’énergie intelligentes.

Pour surveiller l’alimentation, l’équipe a utilisé SystemLink. Ce logiciel permet aux utilisateurs de gérer les systèmes de test automatique, de collecter des données et de générer des rapports à partir d’un emplacement centralisé, ainsi que d’utiliser des analyses centrées sur les produits pour fournir des informations exploitables. Au cours de cette enquête, NI a prototypé des modifications de son firmware PXI et de ses logiciels d’application afin d’améliorer la surveillance et le contrôle de l’alimentation.

Quantifier les économies potentielles

L’équipe de NI a constaté que, si de nombreux systèmes sont nécessaires 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, ou sont déjà éteints lorsqu’ils ne sont pas utilisés, une majorité des systèmes restent allumés alors qu’ils sont inactifs. Ils ont extrapolé les résultats d’Austin aux laboratoires NI à Debrecen, en Hongrie, et à Penang, en Malaisie.

En éteignant les systèmes de test appropriés lorsqu’ils sont inactifs, NI a pu réaliser les économies suivantes⁸chaque année :

• 561 600 kWhde frais en électricité (1 % du total de National Instruments)
• 389 tonnes métriques de CO2, ce qui équivaut à retirer de la circulation les voitures de 89 employés pendant un an

^{Figure 2 : Modèles d’utilisation et d’alimentation dans les systèmes de laboratoire de test NI}

Réduction des émissions

À l’aide de cette analyse et des technologies décrites dans la section suivante, l’équipe du laboratoire NI a commencé à mettre en œuvre un arrêt et un redémarrage automatisés de leurs systèmes PXI. Cela se traduit par une consommation électrique réduite, une empreinte carbone plus faible ainsi que des économies à long terme.

En mettant en œuvre des initiatives d’efficacité énergétique dans ses propres laboratoires, NI a pu analyser quelles fonctionnalités et technologies seraient les plus utiles aujourd’hui pour mesurer la consommation d’énergie des équipements de laboratoire et pour contrôler l’état de l’alimentation de manière automatisée. Cela a également permis de déterminer les fonctionnalités que NI pourrait ajouter à ses produits à l’avenir afin de faciliter cette capacité et de la rendre plus puissante pour les clients.

Capacités actuelles

Le premier défi auquel sont confrontés les clients est celui de la mesure de la consommation d’énergie du système de test au fil du temps. Les châssis NI PXIe-1095, PXIe-1092 et PXIe-1084 ont tous des capacités intégrées qui permettent de rapporter directement la consommation d’énergie. Cependant, tous les équipements d’instrumentation n’ont pas cette fonctionnalité. Ainsi, pour une mesure uniforme de tous les produits, les utilisateurs peuvent reproduire l’approche de NI qui consiste à connecter tous les équipements à des unités de distribution d’alimentation intelligentes.

SystemLink est extensible, ce qui offre aux clients la possibilité de créer des scripts Python et des blocs-notes Jupyter personnalisés. À l’aide de ces fonctionnalités, l’équipe NI a créé plusieurs tableaux de bord sur l’énergie.

^{Figure 3 : Tableau de bord sur l’énergie créé avec le matériel NI, SystemLink, le code Python et le bloc-notes Jupyter}

Après les mesures, l’étape suivante consiste à automatiser le démarrage et l’arrêt des instruments PXI. Étant donné que les contrôleurs PXI exécutent des systèmes d’exploitation courants, les utilisateurs peuvent utiliser des protocoles standard pour arrêter les systèmes à distance. Les réactiver est une tâche plus difficile. Contrairement à la plupart des instruments de test et de mesure, le châssis PXI, comme de nombreux PC standard, peut automatiquement se mettre sous tension lorsqu’un courant est disponible. À l’instar de l’équipe NI, d’autres utilisateurs peuvent utiliser la fonctionnalité des PDU intelligentes pour fournir du courant au moment opportun afin de redémarrer les systèmes. En fonction des besoins du système, l’écosystème PXI inclut de nombreuses autres options pour la mise sous tension à distance des systèmes de test. Parmi ces options, on trouve la fonction Wake-on-LAN (réveil à distance) ainsi qu’un signal de blocage d’alimentation câblé dans la plupart des châssis, ce qui permet de contrôler l’alimentation externe avec un périphérique externe.

S’associer à NI

Les clients de NI peuvent utiliser SystemLink ainsi que le matériel NI pour mesurer leur perte d’énergie, optimiser leur consommation d’énergie, économiser de l’argent et atteindre les objectifs de développement durable de leur entreprise. Nous continuons également à rechercher des moyens de faciliter ce processus pour la surveillance des équipements NI et autres. S’associer avec NI permet aux clients de travailler avec un fournisseur qui partage leur engagement en matière de réduction des émissions.

Contactez NI pour plus d’informations sur la façon dont SystemLink peut vous aider à optimiser votre consommation d’énergie et à minimiser votre impact sur l’environnement. N’hésitez pas à nous faire part de vos commentaires sur nos solutions et services en matière d’efficacité énergétique.

• En savoir plus sur SystemLink
• Contactez NI à propos de SystemLink

• ¹United Nations Climate Action, For a livable climate: Net-zero commitments must be backed by credible action
• ²Harvard Business Review, Why Companies Aren’t Living Up to Their Climate Pledges
• ³Reuters, le gouverneur de Californie déclare qu’il signera le projet de loi sur le climat concernant les entreprises et les empreintes carbone
• ⁴Science Based Targets, Taking the Temperature: Assessing and Scaling Up Climate Ambition in the G7 Business Sector
• ⁵NSF, Life Cycle Analysis of NI PXI Systems
• ⁶NI 2030 Corporate Impact Strategy, Climate Neutrality Goal
• ⁷Internal Calculations from NI R&D Team 
• ⁸U.S. Environmental Protection Agency, Greenhouse Gas Equivalency Calculator