Image Unsplash / Executium

L'empreinte écologique de Bitcoin, un terrain miné

Comme tout le secteur du numérique (voir épisode précédent), les cryptomonnaies contribuent indirectement aux émissions de gaz à effet de serre par l’électricité qu’elles consomment. Qu'en est-il de la plus emblématique d’entre-elles, le Bitcoin, qui fait l'objet d'une intense guerre des chiffres?

Le Bitcoin, une usine à gaz carbonique? Des chercheurs estimaient en 2019, que l’empreinte carbone du réseau Bitcoin global était équivalente à celle d’un petit pays. Pour d’autres, la cryptomonnaie menacerait même les objectifs de l’accord de Paris. Pourquoi tant de haine? «Le débat est devenu émotionnel», déplore Alexis Roussel, pionnier de l’écosystème Bitcoin avec la plateforme de transactions de cryptomonnaies Bity, dont il est cocréateur. «Il n’est pas pertinent de comparer une cryptomonnaie à des secteurs ou pays entiers.» En réalité, estimer l’empreinte environnementale de la cryptomonnaie est un exercice délicat, souvent pavé d’approximations.

Minage de Bitcoin et gaz à effet de serre

Commençons par décortiquer le fonctionnement du Bitcoin, très différent des monnaies classiques. Pour ces dernières, une banque centrale va inscrire chaque transaction sur un grand livre des comptes. Avec Bitcoin, le procédé est décentralisé. Accrochez-vous, c’est un peu technique:

  • Il existe une «chaîne» de blocs (la blockchain) — registre public de toutes les transactions, chaque bloc représente une page de livre de compte—, qui a la particularité d’être distribuée à travers les différents ordinateurs du réseau. Chaque participant dispose de sa propre copie du registre.

  • Chaque nouvelle transaction est transmise aux autres ordinateurs du réseau, qui vérifient sa validité.

  • Puis ces derniers agrègent les nouvelles transactions dans le registre public, en créant un nouveau «bloc». Alexis Roussel résume: «Le premier qui fabrique un bloc en résolvant un problème cryptographique a le droit de l’ajouter dans la chaine et de recevoir un profit sous forme de nouveaux Bitcoins»

  • Pour Bitcoin, ce problème cryptographique est basé sur la Proof of Work, ou preuve de travail: c’est la puissance de calcul des ordinateurs du réseau qui est mise en compétition. L’ordinateur qui le résoudra le plus rapidement gagnera le droit de créer le nouveau bloc. Et, par la même occasion, se voit offrir une fraction de Bitcoin comme rétribution du travail accompli: on parle de «minage», et de «mineurs» de crypto. D’autres crypto-monnaies recourent toutefois à des approches non basées sur la puissance de calcul, comme le Proof of Stake (preuve d’enjeu). Ethereum doit par exemple passer à ce mode de fonctionnement.

47254137291_0c45a88cd6_k.jpg
Flickr / Marco Verch

Lorsque le cours de la cryptomonnaie augmente, l’incitation à participer pour gagner plus aussi. Le nombre de participants s’accroît, ainsi que la puissance de calcul requise pour inscrire une nouvelle transaction. Résultat: la consommation électrique globale du réseau augmente. Le problème, c’est évidemment quand celle-ci est produite à partir de combustibles fossiles. D’où cette image d’ogre émetteur de carbone qui colle à la peau de la crypto: «Désastre pour l’environnement» pour CNN en 2019, «Monnaie qui tourne au charbon» pour Libération en 2018…

Mais il ne faut pas noircir le tableau, pour Alexis Roussel. «Les mineurs veulent que l’opération soit rentable». Les clés du succès: «Un matériel fréquemment renouvelé au fil des évolutions techniques —miner du Bitcoin sur un ordinateur personnel n’est plus intéressant aujourd’hui, car ces machines ne sont plus assez performantes — et l’électricité la plus abordable possible. Or, l’électricité renouvelable fait déjà partie des moins chères.» Autrement dit, s’il s’agit d’électricité renouvelable, l’opération est gagnante. «Le problème, c’est lorsqu’un pays subventionne une énergie carbonée», concède le spécialiste des cryptos. Par exemple le pétrole: en Iran, des mineurs de Bitcoin ont pu exploiter des groupes électrogènes pour transformer du pétrole en Bitcoin.

La guerre des chiffres

Les chiffres sont-ils aussi noirs qu’on le dit? C’est là que les choses se corsent, car les études divergent au gré des hypothèses retenues. Quelques exemples pour l’année de référence 2018:

Depuis 2019, l’Université de Cambridge maintient une page régulièrement actualisée, le Bitcoin Electricity Consumption Index, qui poursuit les travaux de Marc Bevand. Sur toute l’année 2021, la consommation de Bitcoin est pour l’instant estimée à un peu plus de 93 TWh. C’est à la fois peu: 0,42% de la consommation globale de la planète. Mais également beaucoup: ce serait suffisant pour faire fonctionner toutes les bouilloires électriques du Royaume-Uni pendant plus de 20 ans… Question de référentiel, donc.

Que penser de tous ces chiffres? Jonathan Koomey, ancien professeur à l’Université de Stanford et expert de la consommation électrique de l’informatique depuis 30 ans, met d’abord en garde: «Estimer précisément l’énergie électrique consommée au total est vraiment difficile, et je découragerais les gens de diffuser ces chiffres à large échelle étant donné les incertitudes.»

Toutefois, pour le spécialiste: «L’index de Cambridge est le plus crédible, c’est à cette source que je renvoie souvent. Elle fait malgré tout apparaître une différence d’un facteur 10 entre les estimations basses et hautes.»

Cette incertitude vient du manque de données. «Nous ne comprenons pas l'industrie du minage de Bitcoin aussi bien que les centres de données traditionnels», avance Jonathan Koomey. Les facteurs déterminants: l’efficacité du matériel informatique utilisé par les mineurs et son renouvellement, ainsi que leur localisation, qui peut changer au fil du temps. Selon l’étude danoise mentionnée plus haut, l’équipement informatique, même en tenant compte de sa production et de son recyclage, ne contribue toutefois que de façon mineure à l’impact global.

342000445_highres.jpg
Ferme de minage de crypto en Suisse. | Keystone / Valentin Flauraud

L’information cruciale pour passer de la consommation électrique du matériel à son empreinte carbone reste donc la localisation des mineurs. C’est elle qui permet de connaître le mix électrique, c’est-à-dire la part d’électricité d’origine renouvelable ou fossile injectée sur le réseau. On parle de facteur d’émission carbone, c’est-à-dire: le nombre de grammes de CO2 pour produire un kWh. Mais attention aux approximations: «Utiliser le facteur d’émission moyen du pays est une approximation grossière, car beaucoup de mineurs de Bitcoin, notamment en Chine, se déplacent pour capter l’excédent d’électricité hydraulique à certaines saisons», illustre Alexis Roussel. Ces derniers peuvent toutefois également migrer là où l'électricité abordable vient encore… du charbon, avertit l'étude danoise.

Ruée vers l'or aux temps de la transition énergétique

Parmi les régions les plus attractives pour ces «chercheurs d’or» des temps modernes, la Chine s’est longtemps taillée la part du lion. En septembre 2019, elle représentait plus de 75% de la puissance de calcul utilisée par le réseau. En avril 2021, elle était retombée à 46%, selon l’index développé par l’Université de Cambridge. En cause, la décision des autorités chinoises d’interdire les transactions en Bitcoin, officiellement pour contrôler la spéculation. Conséquence immédiate: le Kazakhstan s’est hissé à la troisième place. Or, le pays dépendait encore des énergies fossiles pour 90% de son électricité l’an dernier.

Pas de quoi s’affoler, selon les acteurs de l'écosystème crypto, qui appellent à une analyse plus fine. «Nous sommes nombreux à penser que Bitcoin va accélérer la transition énergétique vers le tout électrique», avance Alexis Roussel. «On peut les voir comme de nouveaux acteurs dans le réseau électrique, pouvant bénéficier de ressources inutilisées, en s'installant à côté de centrales hydroélectriques. Ou en tirant parti du gaz naturel brûlé dans les torchères (flaring)» Le Français Sébastien Gouspillou, co-fondateur de Big Block Data Center, a ainsi délocalisé ses activités de minage au Kazakhstan. Elles ne tournent pas au charbon, mais grâce à une centrale hydro-électrique, garantie par un accord avec Noursoultan, expliquait-il dans The Conversation, ainsi que dans Le Monde: «Cette activité permet de garantir un socle minimal de consommation garantie.»

312965619_highres.jpg
Ferme de minage de Bitcoin (toit bleu) installée à côté d'un barrage hydroélectrique en Chine, dans le Sichuan. | Keystone/EPA/Chinafile / Liu Xingzhe

Les effets pervers

Mais en l’absence de concertation avec les autorités, la situation peut avoir des effets pervers. Au Nord de l’Etat de New York, la ville de Plattsburgh en a fait l’expérience en 2018, attirant les mineurs de crypto grâce à son électricité hydraulique abordable. Tout allait bien jusqu’à ce que les habitants voient leur facture d’électricité exploser les jours de grand froid en hiver, car les fermes de minage consommaient toute l’électricité instantanée disponible… Il a fallu passer par des importations d’énergie non-renouvelable – ce qui a fait augmenter les prix de l’électricité.

Pour Christian Stoll de l’Université technique de Munich, co-auteur de l’étude parue dans Joule: «Si le minage permet à des actifs fossiles de rester sur le marché, ce n’est pas bon pour la planète. S’il favorise le développement des renouvelables mais consomme toute l’électricité produite, cela ne contribue pas non plus à réduire les émissions dans l’immédiat.»

Autrement dit, les mineurs ne font dans ce cas que reporter l'impact environnemental sur d’autres utilisateurs du réseau électrique… Dans ces conditions, on comprend que l’empreinte carbone du Bitcoin préoccupe, d’abord pour bien prévoir la charge des réseaux électriques et la construction d’infrastructures renouvelables. «C’est important de comprendre les installations de minage à un niveau micro, les planificateurs d’électricité ont besoin de ces informations», insiste Jonathan Koomey. Il leur faut pouvoir anticiper un minimum.

Mais au jeu de la prospective, certains ont tiré des conséquences catastrophistes, comme cette étude qui affirmait en 2018 que les émissions du Bitcoin, à elles seules, pouvaient mettre en péril l’accord de Paris. Elles étaient en réalité largement surestimées, ont montré plusieurs chercheurs, dont Jonathan Koomey. «Une fois corrigées, les projections sont beaucoup moins alarmistes», détaille-t-il. Entre autres sources d’erreurs, le fait de ne pas tenir compte du renouvellement du matériel informatique, ou encore du développement à venir des renouvelables sur le réseau électrique.

Quelle valeur pour la société?

Qui veut la peau du Bitcoin? Son succès est tel qu’il se fraye désormais un chemin dans les portefeuilles d’investissement traditionnels. A l’heure de la finance durable, la crypto va donc finir par devoir, elle aussi, montrer «patte verte». Ce qui n’a rien de simple pour une industrie parfois secrète, et surtout décentralisée.

Mais toutes nos activités numériques, y compris bancaires et financières, ont une empreinte carbone non nulle. «Savoir si l’empreinte carbone du Bitcoin est un problème ou non dépend de sa valeur pour la société, et c'est un sujet sur lequel je n'ai pas de position publique— c'est aux autres d'en débattre», tranche Jonathan Koomey. Dans l’écosystème des cryptos, on pense ainsi que la blockchain et ses multiples applications, par leur caractère décentralisé, permettraient de redonner confiance dans le numérique.

Encore faut-il ne pas diaboliser les crypto-monnaies par principe, rappelle-t-il. «Ce qui est sûr, c’est que Bitcoin utilise de l’électricité. Alors utilisons les meilleures pratiques pour l’'estimer. Ensuite, d’autres pourront débattre de la question de savoir si cela "en vaut la peine".»

Au prochain épisode, nous verrons comment les data centers suisses, gros consommateurs d’énergie, essaient de se réinventer pour redorer leur image.

  • Cette Exploration a été réalisée avec le soutien de alp ict, CleantechAlps et OPI.

Tableau de bord climat

Un suivi interactif des grands indicateurs du dérèglement climatique et de ses solutions.