Réduction de l’empreinte environnementale du streaming vidéo

Évolution des technologies pour la distribution des médias vidéo. Les technologies de distribution des médias audiovisuels ont fortement évolué ses 30 dernières années entrainant un accroissement très important de la consommation de ces médias. Depuis la fin des années 1990, la technologie de télévision numérique DVB (Digital Video Broadcasting) a permis la diffusion de la TV linéaire par satellite (DVB-S) et par liaisons hertziennes terrestres (DVB-T) permettant d’augmenter le nombre de chaines diffusées. L'expansion des réseaux à haut débit a permis de développer de nouveaux services vidéo tels que la TV diffusée sur internet (IPTV), la TV de rattrapage (replay), la vidéo à la demande (VOD).

Impact environnemental de la distribution des médias audiovisuels. L’émergence rapide de ces nouveaux services se traduit par une forte augmentation des données échangées sur les infrastructures numériques. Entre 2012 et 2022, le trafic internet a été multiplié par 20 en France [Arc23]. Les contenus audiovisuels et plus particulièrement la vidéo représentent la majeure partie du trafic de données dans le monde. Selon Sandvine [San24], le trafic vidéo a augmenté de 24 % en 2022 et représente 65 % de l'ensemble du trafic Internet en 2023. Ce trafic de données lié à l’audiovisuel est supporté par une infrastructure numérique dont les ressources matérielles ne cessent d’augmenter pour supporter cet accroissement de trafic. En conséquence, la consommation de contenus audiovisuels a une influence significative sur les émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES). Selon le groupe de réflexion The Shift Project [Efo19], le visionnage de contenus vidéo en ligne représentait une part de 1% des émissions mondiales de GES en 2017, ce qui est comparable aux émissions de GES de l'Espagne. Cette tendance n'est pas durable et des solutions doivent être prises pour réduire l'impact environnemental de l'écosystème audiovisuel.

Modélisation de l’impact environnemental de la distribution de vidéos. Il existe deux façons de réduire cet impact environnemental. Basé sur la sobriété numérique, le premier levier vise à réduire le nombre de contenus audiovisuels transmis en modifiant le comportement des utilisateurs et les règles de fonctionnement des services numériques. Le second levier consiste à proposer des solutions technologiques plus efficaces en termes d'impact environnemental. Pour ces deux leviers, il est nécessaire de disposer d'un modèle permettant d'évaluer l'impact environnemental de l'ensemble de la chaîne (de bout en bout : émetteur, centre de données, cœur et réseau d'accès, terminal), afin de pouvoir prendre des décisions ayant une réelle influence sur la réduction de l'impact environnemental de la distribution de contenus audiovisuels. Plusieurs modèles ont été proposés [Her23, Car21, Efo19] pour évaluer la consommation d’énergie mais ces modèles ne prennent en compte que la consommation d’énergie et pas l’impact environnemental global, en particulier lié à la fabrication des équipements. L’étude [Arc24] publiée récemment donne des premiers éléments intéressants sur l’impact environnemental de l’audiovisuel. Mais cette étude donne uniquement le résultat final et ne permet pas d’avoir un modèle paramétrable. Les données intermédiaires nécessaires à la construction d’un modèle exploitable ne sont pas fournies et ainsi, ne permettent pas de connaitre l’influence de chaque élément de la chaine ou des paramètres définissant le scénario étudié.

Objectifs et description des travaux de recherche. L’objectif de ce travail de recherche est de proposer un modèle pour évaluer l’empreinte environnementale de la distribution et de la consommation de contenus audiovisuels et ensuite d’exploiter ce modèle pour évaluer les approches permettant de réduire cette empreinte.

Le premier objectif de la thèse est de participer au développement d’un modèle global d’évaluation de l’impact environnemental de la distribution de médias audiovisuels en prenant en compte la chaine globale. Le but est de compléter nos travaux de recherche existants afin de finaliser ce modèle et de mettre ce modèle à disposition de la communauté scientifique en open source.  Ce modèle devra être paramétré afin de pouvoir évaluer l’influence des différents paramètres associés à chaque élément de la chaine. Les services de diffusion de vidéo intégrant de plus en plus de traitements basés sur l’intelligence artificielle, une attention particulière sera apportée à modéliser ce processus. La définition du modèle global d’évaluation de l’impact environnemental se basera sur une analyse de cycle de vie des différents éléments composant la chaine de distribution de médias audiovisuels. L’attention sera plus particulièrement portée sur les phases de fabrication et d’usage (consommation d’énergie) des éléments de la chaine.

Le second objectif de la thèse est d’exploiter ce modèle afin de faire de la prospective et d’évaluer les gains en matière de réduction de l’empreinte environnementale d’approches aussi bien d’optimisation technologique que de sobriété numérique. Au sein d’un service numérique, le terminal utilisateur représente une part importante de l’impact. La mise en place d'une économie circulaire des produits numériques grand public est un levier pour réduire l’impact global. Plus particulièrement, la réparation et le reconditionnement permettent d’allonger la durée de vie de ces équipements électroniques. Le modèle d’impact développé dans le premier objectif sera exploité pour analyser le potentiel de réduction de l’impact global liée à l’allongement de la durée de vie des équipements. De plus, l’efficacité de différentes techniques, visant à réduire l’impact environnemental, telles que par exemple la réalisation d’opérations de pré et post-processing avant le codage source pourra être évaluée.

Au niveau sobriété numérique, le but est de coopérer avec les chercheurs du LFPC[1], laboratoire en émergence à l’INSA Rennes. L’objectif est d’évaluer avec ces chercheurs en Sciences Humaines et Sociales, les effets d’un changement de comportement de consommation des médias audiovisuels, de nouvelles règlementations ou de nudges incitatifs, …

Contexte de la thèse 

Cette thèse s’inscrit dans le contexte du projet Franco-Allemand MeReVeS financé par l’ANR et le DFG. Ce projet regroupe trois partenaires et cinq laboratoires : l’INSA Rennes (IETR, LFPC), L’Université Polytechnique des Hauts de France (IEMN, LARSH) et Brandenburgisch-Technische Universität Cottbus-Senftenberg (Institute of Computer Science).

Par ailleurs, cette thèse bénéficiera de l'expertise acquise dans le cadre du projet CMA ESOS (Électronique Soutenable, Ouverte et SOuveraine) sur le thème de l'écoconception de l'électronique. Les équipements acquis dans le cadre de ce projet pourront être utilisés au cours de la thèse : analyseur de puissance Zimmer pour la mesure de consommation d’énergie, laminographe à rayon X pour évaluer les surfaces de silicium des circuits intégrés et les différentes bases de données ACV.  

Présentation de l'établissement d'accueil : https://www.insa-rennes.fr/

Présentation du laboratoire IETR : https://www.ietr.fr/presentation

Le candidat ou la candidate devra posséder un diplôme de master ou d’ingénieur en télécommunications, électronique, traitement du signal ou en informatique. Il devra avoir des connaissances et des compétences parmi les domaines suivants :

• Analyse de cycle de vie (formation en interne en début de thèse possible)
• Consommation des systèmes numériques,
• Intelligence artificielle
• Codage audio et vidéo