Disque dur (HDD) : comment ça marche et comment ça lâche

Un disque dur (HDD) stocke les données sur des plateaux magnétiques survolés par des têtes de lecture, à 5 400 ou 7 200 tours par minute, ce qui lui donne un temps d'accès de l'ordre de 10 ms là où un SSD répond en 0,1 ms. Il reste le support le moins cher au téraoctet pour l'archivage et les NAS, à condition de surveiller ses compteurs SMART et de ne jamais confondre RAID et sauvegarde.

Ce qu’il y a vraiment dans le boîtier

Un disque dur est une machine tournante. Sous le capot scellé : un à dix plateaux de verre ou d'aluminium recouverts d'une couche magnétique, montés sur un axe entraîné à 5 400, 7 200, parfois 10 000 ou 15 000 tours par minute. Des têtes au bout d'un bras pivotant survolent la surface à quelques nanomètres sans jamais la toucher. Sur un plateau 3,5 pouces à 7 200 tr/min, la piste extérieure défile sous la tête à plus de 120 km/h.

Cette mécanique dicte les performances, et le calcul est simple. À 7 200 tr/min, un tour dure 8,33 ms, donc la latence rotationnelle moyenne vaut 4,17 ms : le temps que le secteur visé repasse sous la tête. Ajoutez 8 à 12 ms de déplacement du bras et l'accès aléatoire tombe entre 12 et 16 ms, soit 75 à 200 opérations par seconde. En lecture continue, le même disque atteint 150 à 280 Mo/s selon la densité et la position sur le plateau.

Quelques centaines de fois plus lent en accès dispersé qu'en lecture séquentielle. Tout le reste en découle : le cache de 64 à 512 Mio soudé sur la carte du disque, la lenteur d'un HDD comme disque système, et son excellent rapport capacité/prix dès qu'on écrit de gros fichiers d'un bloc.

HDD, SSD, NVMe : le tableau qui tranche

Le mot « disque dur » désigne aujourd'hui n'importe quel stockage interne, SSD compris. Abus de langage tolérable en boutique, gênant dès qu'on parle technique : un SSD n'a ni disque, ni plateau, ni tête. Il piège des charges dans des cellules de mémoire flash NAND. Rien ne bouge, la latence ne dépend plus d'une rotation, et l'usure ne vient pas d'un roulement mais du nombre de cycles d'écriture et d'effacement, que les constructeurs expriment en TBW (téraoctets écrits garantis).

Les ratios de prix ci-dessous sont des ordres de grandeur qui bougent avec le marché du NAND, mais l'écart n'a jamais changé de sens : le HDD reste le support de masse le moins cher au téraoctet.

Deux autres confusions à écarter. Le disque dur n'est pas de la mémoire vive : la RAM perd son contenu à l'extinction, le disque le garde. Et un « disque dur virtuel » de machine virtuelle (.vhdx, .vmdk, .qcow2) n'est qu'un gros fichier posé sur un support bien réel, avec les mêmes risques de panne que lui.

Critère	HDD 7 200 tr/min	SSD SATA	SSD NVMe
Latence d'accès	4 à 15 ms	environ 0,1 ms	0,02 à 0,05 ms
Débit séquentiel	150 à 280 Mo/s	500 à 560 Mo/s	3 000 à 14 000 Mo/s
IOPS 4 Kio aléatoires	75 à 200	60 000 à 100 000	500 000 et plus
Prix au To	la référence basse	3 à 5 fois le HDD	3 à 6 fois le HDD
Capacité maximale	24 To en CMR, plus de 30 To en HAMR	jusqu'à 8 To	jusqu'à 8 To en grand public
Choc en fonctionnement	souvent fatal	sans effet	sans effet
Cause d'usure	roulement, moteur, têtes	cycles d'écriture (TBW)	cycles d'écriture (TBW)
Bruit et consommation	audible, 4 à 8 W	silencieux, 2 à 4 W	silencieux, 3 à 8 W en charge

Connectique : pourquoi changer de câble ne sert à rien

Un HDD 7 200 tr/min ne sature pas le SATA III. Il plafonne vers 280 Mo/s en pointe pour un bus qui en encaisse 600. Passer un disque mécanique d'un port SATA II à un port SATA III ne fait donc rien gagner, alors que la différence saute aux yeux sur un SSD SATA. Le seul câble qui compte sur un HDD, c'est celui de l'alimentation : une tension 12 V instable produit des erreurs de lecture qu'on attribue à tort au disque.

Côté format, le 3,5 pouces réclame du 12 V et du 5 V et monte aux grosses capacités ; le 2,5 pouces se contente du 5 V, en épaisseur 7, 9,5 ou 15 mm selon la place disponible. Depuis 2011, la quasi-totalité des disques utilisent l'Advanced Format, avec des secteurs physiques de 4 096 octets au lieu de 512. Les modèles 512e émulent l'ancien format vers le système d'exploitation ; si les partitions ne sont pas alignées sur 4 Kio, chaque écriture provoque un cycle lecture-modification-écriture et le débit s'effondre. Les outils de partitionnement récents alignent par défaut, mais une image clonée depuis un vieux poste peut rester mal alignée pendant des années sans que personne comprenne la lenteur.

Interface	Débit théorique	Débit utile constaté	Remarque
PATA / IDE UDMA-133	133 Mo/s	environ 100 Mo/s	Nappe 40 ou 80 fils, abandonné vers 2007
SATA 1.0	1,5 Gbit/s	environ 150 Mo/s	Devient limitant sur un disque récent
SATA 2.0	3 Gbit/s	environ 300 Mo/s	Encore suffisant pour tout HDD mécanique
SATA 3.0	6 Gbit/s	550 à 600 Mo/s	Standard actuel, jamais saturé par un HDD
SAS-3 / SAS-4	12 / 22,5 Gbit/s	1,2 / 2,2 Go/s	Serveurs, double port, câbles longs
USB 3.2 Gen 1	5 Gbit/s	400 à 450 Mo/s	Boîtiers externes, activer UASP
NVMe PCIe 4.0 x4	64 GT/s	jusqu'à 7,8 Go/s	SSD uniquement, aucun HDD n'utilise NVMe

Lire l’état de santé avec SMART

Un disque prévient rarement de façon claire, mais il laisse des traces. La technologie SMART tient à jour des compteurs internes lisibles sans rien démonter. Commencez par identifier vos supports, puis interrogez le disque.

Trois compteurs pèsent réellement. 05 Reallocated_Sector_Ct compte les secteurs déjà remplacés par des secteurs de réserve. 197 Current_Pending_Sector compte les secteurs illisibles en attente de réallocation. 198 Offline_Uncorrectable compte ceux qui sont perdus. Un 05 qui grimpe de mois en mois annonce la fin ; un 197 non nul justifie une sauvegarde le jour même, pas une mise sous surveillance. Les fabricants annoncent par ailleurs un taux d'erreur irrécupérable (UBER) de 1 secteur pour 10^14 bits lus sur les disques grand public, soit statistiquement une lecture ratée tous les 12,5 To environ. Sur une grappe de 20 To, ce n'est plus un événement rare.

L'étude Google présentée à la conférence FAST 2007 (Pinheiro, Weber et Barroso, plus de 100 000 disques observés) reste la meilleure référence publique sur le sujet : après sa première erreur de scan, un disque avait 39 fois plus de risques de tomber en panne dans les 60 jours qu'un disque sans erreur. La même étude montre l'autre face : plus de la moitié des disques tombés en panne n'avaient déclenché aucun des quatre compteurs SMART les plus prédictifs. Un SMART vert ne prouve donc rien, il ne fait qu'écarter une alerte.

• Linux, inventaire rapide : lsblk -o NAME,SIZE,ROTA,MODEL (la colonne ROTA à 1 signale un disque rotatif)
• Linux, rapport complet : sudo smartctl -a /dev/sda (paquet smartmontools)
• Linux, test approfondi : sudo smartctl -t long /dev/sda puis sudo smartctl -l selftest /dev/sda
• Windows : Get-PhysicalDisk | Select FriendlyName,MediaType,HealthStatus dans PowerShell
• macOS : diskutil list puis diskutil verifyDisk disk0
• Surveillance continue : le service smartd envoie une alerte par courriel dès qu'un attribut se dégrade

Disque dur, NAS et RAID : ce que le réseau change

Dès que le disque passe derrière un réseau, le goulot d'étranglement se déplace. Un lien Gigabit plafonne à 125 Mo/s théoriques, environ 112 Mo/s une fois les en-têtes TCP/IP et le protocole de partage déduits. Un seul HDD 7 200 tr/min dépasse déjà ce chiffre en séquentiel. Empiler six disques dans un NAS ne changera donc rien tant que la carte reste en 1 GbE : il faut du 2,5 GbE (environ 280 Mo/s) ou du 10 GbE (environ 1,1 Go/s) pour que les disques redeviennent la limite.

Le RAID n'est pas une sauvegarde. Un RAID 1 ou 5 encaisse la perte d'un disque, il n'encaisse ni un rançongiciel, ni une suppression accidentelle, ni un dégât des eaux. Et la reconstruction est devenue le moment le plus risqué de la vie d'une grappe : reconstruire un membre de 20 To à 150 Mo/s demande au minimum 37 heures de lecture intégrale des autres disques, souvent le double en production. Pendant tout ce temps, la redondance est nulle et les autres disques, du même âge et du même lot, travaillent à plein.

Vérifiez enfin la technologie d'écriture avant d'acheter. Un disque SMR (Shingled Magnetic Recording) superpose partiellement ses pistes comme des tuiles : il gagne en densité mais toute réécriture impose de relire et réécrire une bande entière. En avril 2020, Western Digital a reconnu avoir livré des WD Red vendus pour le NAS en SMR sans le documenter ; les reconstructions RAID pouvaient durer plusieurs jours ou échouer. Pour un NAS ou une grappe, exigez du CMR, mention désormais présente sur les fiches techniques des trois constructeurs.

• SMB / CIFS : TCP 445 (partage Windows, macOS, Samba sous Linux)
• NFS : TCP et UDP 2049, plus le port 111 pour rpcbind en NFSv3
• iSCSI : TCP 3260, expose un volume distant comme un disque local
• SFTP et SSH : TCP 22, le plus simple à exposer proprement vers l'extérieur
• FTP : TCP 21 pour le canal de contrôle, à éviter sans TLS
• AFP : TCP 548, abandonné par Apple au profit de SMB depuis macOS 11

Effacer un disque avant de le revendre

Formater ne supprime rien. Un formatage rapide réécrit la table d'allocation et laisse les données intactes sur les plateaux ; un utilitaire de récupération gratuit les ressort en quelques minutes. Le cas typique : un disque de portable revendu d'occasion sur lequel on retrouve la messagerie et les documents du propriétaire précédent.

Sur un disque dur moderne, une seule passe d'écriture suffit. Le NIST SP 800-88 révision 1 (2014) est explicite : pour les supports ATA fabriqués après 2001, une réécriture complète unique rend les données irrécupérables, y compris avec du matériel de laboratoire. Les sept passes de la vieille norme DoD 5220.22-M appartiennent au folklore et ne font que multiplier le temps de traitement par sept.

La méthode la plus économique reste de chiffrer dès le premier jour avec LUKS, BitLocker ou FileVault. Détruire la clé rend le contenu illisible en une seconde, quel que soit l'état du disque, y compris sur un support en panne qu'on ne peut plus écrire.

• HDD, effacement complet : sudo shred -v -n 1 -z /dev/sdX (vérifiez trois fois la lettre du périphérique)
• HDD ou SSD ATA, effacement matériel : sudo hdparm --user-master u --security-set-pass p /dev/sdX puis sudo hdparm --user-master u --security-erase p /dev/sdX
• SSD et NVMe : blkdiscard /dev/sdX ou nvme format -s 2 /dev/nvme0n1 pour un effacement cryptographique
• Disque en panne mécanique : le seul effacement fiable est la destruction physique des plateaux

Questions fréquentes

Un SSD est-il un disque dur ?

Non, au sens strict. Un disque dur possède des plateaux magnétiques en rotation et des têtes de lecture mobiles ; un SSD est une carte électronique remplie de mémoire flash NAND, sans aucune pièce mobile. L'expression « disque dur SSD » circule dans le commerce, mais dès qu'il s'agit de diagnostic ou d'achat, la distinction change tout : temps d'accès, prix au téraoctet, mode d'usure et procédure d'effacement n'ont rien de commun.

Combien de temps dure un disque dur ?

Aucune durée garantie. Les constructeurs annoncent un MTBF de 1 à 2,5 millions d'heures sur les modèles d'entreprise, ce qui représenterait plus d'un siècle et ne veut donc rien dire pour un exemplaire précis : c'est une statistique de population, pas une espérance de vie. La garantie constructeur, elle, va de 2 ans en grand public à 5 ans en gamme NAS ou serveur, et donne un meilleur repère. Backblaze publie chaque trimestre le taux de panne annualisé de son parc, qui tourne autour de un à deux pour cent selon les modèles. En pratique, un disque de NAS se remplace vers cinq ans de fonctionnement continu, avant la panne plutôt qu'après.

Mon disque fait un cliquetis régulier, que faire ?

Coupez l'alimentation. Le clic répété correspond le plus souvent à une tête qui n'arrive plus à se positionner et qui revient en butée ; chaque nouvelle mise sous tension peut rayer la couche magnétique et détruire ce qui est encore lisible. Si le disque monte encore, copiez-le d'un bloc avec ddrescue plutôt qu'en glissant des fichiers : ddrescue -d -r3 /dev/sdX image.img mapfile.log, en travaillant sur l'image ensuite. S'il ne monte plus, seule une intervention en salle blanche a une chance, pour un coût qui se compte en centaines voire en milliers d'euros.

Faut-il encore défragmenter un disque dur ?

Sur un HDD en NTFS, oui, et Windows s'en charge tout seul chaque semaine via l'outil Optimiser les lecteurs. La fragmentation coûte cher sur un support mécanique parce qu'elle transforme une lecture continue à 200 Mo/s en une série de déplacements de tête à 10 ms pièce. Sur un SSD, jamais : la même commande envoie un TRIM au lieu d'une défragmentation, et défragmenter manuellement ne ferait qu'user les cellules. Les systèmes de fichiers ext4, APFS, ZFS et Btrfs gèrent la question à l'écriture et ne demandent aucune action régulière.

Comment savoir si un disque est SMR ou CMR ?

Par la fiche technique du constructeur. Depuis 2020, Western Digital, Seagate et Toshiba publient la liste des références concernées, et la mention CMR ou SMR figure sur les documents produit. SMART ne l'indique pas de façon fiable. Le symptôme reste parlant : sur un disque SMR, une copie longue démarre à 150 Mo/s puis chute à 10 ou 40 Mo/s après quelques dizaines de gigaoctets, le temps que la zone tampon en CMR se vide sur les pistes en tuiles.

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