Low tech : face au tout numérique, se réapproprier les technologies

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Consommation énergétique et cycle de vie des objets numériques : quels impacts environnementaux ?

, par BIHOUIX Philippe

Avec un brin d’optimisme, on pourrait penser que les outils digitaux permettent une certaine dématérialisation des activités humaines et donc la réduction de leur impact environnemental. Bien sûr, l’économie numérique elle-même n’est pas immatérielle : il faut bien des terminaux chez les utilisateurs (téléphones, tablettes, ordinateurs, imprimantes, etc.), des infrastructures pour faire fonctionner le réseau d’accès et de transmission (box Internet, serveurs, bornes Wifi, antennes-relais 3G, 4G et bientôt 5G, routeurs, câbles terrestres et sous-marins, satellites...) et des data centers [1] (serveurs et disques durs, offrant les capacités de calcul et de stockage du cloud) pour assurer les services en ligne et le stockage des contenus.

Consommation énergétique et effet rebond

La quantité exacte d’énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner les réseaux de télécommunications, le système Internet et ses serveurs, les équipements professionnels et personnels ne peut être approchée que par estimations, car on ne peut pas accéder aux « factures » dans un système en mille-feuilles qui concerne opérateurs télécom, entreprises et particuliers (qui ne distinguent d’ailleurs pas les différents usages de leur électricité). On prend donc des hypothèses sur le parc installé (d’ordinateurs, de serveurs, d’antennes-relais, de box Internet, etc.) et sur la consommation moyenne de chaque équipement. Cela conduit à des écarts non négligeables, selon les sources [2], mais les plus récentes (par exemple [3] [4], basées sur des chiffres d’Anders Andrae) convergent sur un ordre de grandeur d’au moins 2000 à 2500 TWh (environ quatre fois la consommation électrique française annuelle, et 10 % de toute l’électricité mondiale [5]) se répartissant à peu près en 60 % pour les terminaux utilisateurs, 20 % pour les réseaux et 20 % pour les data centers, auxquels il faut encore ajouter le coût énergétique de la fabrication des équipements. Cette électricité n’étant pas particulièrement « verte » [6] (plus de 60 % de l’électricité mondiale est produite à partir de charbon et de gaz naturel, y compris aux États-Unis où de nombreux grands data centers sont localisés), les émissions de CO2 imputées au secteur numérique dépassent désormais le milliard de tonnes, ce qui en fait un émetteur plus important que tout le trafic aérien... [7]

L’industrie numérique n’est pas restée les bras croisés face à cette facture énergétique, représentant un coût à réduire, mais aussi face aux reproches des ONG environnementales qui n’ont pas tardé à pointer le côté énergivore des nouveaux services : réduction de l’énergie consommée par les serveurs, mutualisation des besoins grâce au cloud computing, amélioration de l’efficacité énergétique des data centers [8] (architectures optimisées, augmentation des températures de fonctionnement, climatisation à l’eau froide, etc.), course aux projets d’énergie renouvelable et/ou aux installations dans les pays nordiques, où la climatisation peut se faire plus naturelle : en Suède pour Facebook, en Finlande pour Google, maintenant en Norvège, où la société Kolos construit, dans le village arctique de Ballangen, ce qui pourrait devenir le plus grand data center du monde (jusqu’à 1 GW de puissance à terme).

Mais les économies et les progrès technologiques n’y suffisent pas et, compte-tenu de l’impressionnante augmentation des besoins, la facture globale continue d’augmenter : le secteur connaît un incroyable « effet rebond », le volume des données échangées et stockées explose – et la réalité dépasse très souvent les prévisions les plus enthousiastes. Entre 2007 et 2017, le volume des données échangées à partir des data centers a été multiplié par 22 [9]. Quant aux données stockées, selon une récente étude d’IDC [10], la « datasphère » représenterait déjà 33 zettaoctets (Zo) [11], dont au moins 15 Zo dans le cloud [12], soit déjà quelques milliers de Go par internaute en moyenne. Quelle que soit l’incertitude sur ces chiffres globaux, cela fait des tombereaux de disques durs à installer chaque année pour accompagner la croissance fulgurante – qui ne devrait pas se ralentir avec la multiplication des objets connectés. Et, de fait, tous les grands acteurs du cloud, Amazon, Google, Microsoft et autres, enchaînent les projets géants [13]. Le green IT, l’informatique « verte », n’est pas encore pour demain.

Complexité du cycle de vie numérique

La consommation électrique en phase d’utilisation n’est que la partie émergée de l’iceberg. La phase de fabrication est également énergivore, polluante, consommatrice de ressources et génératrice de déchets, étroitement associée aux industries minières et métallurgiques, chimiques et pétrolières, bien loin, dans la réalité, de l’image d’une « industrie en blouse blanche ».

Les équipements informatiques contiennent des dizaines de métaux différents, pour la plupart précieux ou rares : or dans les microprocesseurs ; cuivre et argent dans les contacteurs, les câbles conducteurs, les interrupteurs ; lithium et cobalt dans les batteries ; étain pour les soudures électroniques ; indium dans les écrans tactiles ; tantale et palladium dans les condensateurs ; ruthénium ou platine dans les disques durs ; terres rares [14] comme le néodyme dans les aimants des micros et haut-parleurs, ou le terbium, l’yttrium et le gadolinium pour produire les couleurs dans les écrans. L’électronique mondiale utilise ainsi plus de 10 % de l’or et du palladium, 20 % de l’argent, 35 % de l’étain et du cobalt, 60 % du tantale, 80 % de l’indium et du ruthénium.

Exploitation minière à ciel ouvert. Crédit photo : S. Hermann & F. Richter, via Pixabay

Les industries minières (extraction du minerai) et métallurgiques (transformation du minerai en métal) comptent parmi les activités humaines les plus polluantes, même en prenant toutes les précautions possibles. Malgré la novlangue, une mine n’est jamais « durable », même si on peut réduire, très partiellement, les conséquences environnementales, choisir une extraction moins perturbante pour les milieux naturels, gérer au mieux les stériles miniers [15], minimiser la pollution des eaux, éviter l’emploi de tel ou tel produit chimique dangereux pour extraire le métal de la roche. Une fois les ressources collectées, la fabrication, si elle se fait bien en salle blanche, nécessite quelques intrants moins impeccables. Pour produire, purifier, doper et graver, à partir du quartz, le silicium de qualité électronique des microprocesseurs, on utilise du coke de pétrole et du charbon bitumineux, de nombreux produits chimiques (silane, phosphine, ammoniaque, chlore, hexafluoroéthane, acides phosphorique, nitrique, sulfurique, chlorhydrique, etc.) et beaucoup d’eau pure.

Arrivés en fin de vie, les appareils électroniques deviennent des déchets dangereux, difficiles à traiter. Ils ne sont d’abord pas systématiquement identifiés comme tels et partent en incinération ou en décharge. Ceux qui sont bien récupérés et triés sont souvent « exfiltrés » dans des pays aux normes sociales et environnementales peu regardantes, vendus et exportés comme matériel d’occasion afin d’éviter la convention de Bâle sur les mouvements internationaux de produits dangereux. Ils terminent alors leur route dans les circuits de recyclage dits informels, dans les bidonvilles d’Accra (Ghana) ou de Lagos (Nigeria), ou des villes qui se sont spécialisées dans cette activité, comme Karachi (Pakistan) ou Guiyu (Chine) [16]. Les circuits électroniques y sont brûlés à l’air libre, pour récupérer l’or notamment, des acides sont employés pour nettoyer les métaux récupérés, les métaux lourds comme le plomb, le cadmium, l’arsenic, mais aussi des polluants organiques, se déversent et polluent de manière irréversible les sols, les rivières et les nappes phréatiques.

La partie restante de déchets électroniques non incinérés et non exportés finit par atteindre une poignée d’usines « de classe mondiale », comme celle d’Hoboken près d’Anvers (Belgique) ou de Boliden (Suède). Par une suite complexe d’opérations d’hydrométallurgie et de pyrométallurgie du cuivre et du plomb/zinc, les industriels réussissent à récupérer 10 à 15 métaux différents [17]... sur les 30 à 40 contenus dans les équipements électroniques. Cependant, même si les déchets sont traités avec la meilleure technologie disponible, le recyclage ne peut jamais atteindre 100 %. Il y a des pertes au cours du processus, des limites techniques (on recycle par exemple très difficilement le tantale des condensateurs [18]) ou économiques (le lithium est trop cher à recycler actuellement, par rapport au prix de la ressource primaire [19]). Surtout, les métaux y sont trop mélangés, trop dispersés, utilisés en quantités infimes [20] dans des produits trop complexes [21]. De nombreux métaux « emblématiques » des high tech, dont les terres rares, l’indium, le gallium ou le germanium sont ainsi recyclés... à moins de 1 % [22] (en langage non technocratique, cela veut dire 0 %), malgré les incitations à développer une économie plus circulaire. Un gâchis irrémédiable pour les générations futures.

Des vieux ordinateurs s’amoncellent en attendant d’être recyclés. Crédit photo : Famifranquoi, via Pixabay

Bien sûr, il peut y avoir une stratégie moins brutale, pour recycler les métaux, que de broyer les équipements électroniques et les plonger dans des fours métallurgiques, même dans les usines les plus efficaces du monde. On peut par exemple faire durer les composants en les réutilisant dans des produits remis à neuf (refurbishing / remanufacturing) ou vendre les équipements sur le marché d’occasion, des pratiques qui commencent à se développer (voir par exemple les efforts, a minima de communication, de Google sur le sujet [23]).

Quoi qu’il en soit, la croissance des besoins en composants de base (puces électroniques, disques durs, etc.) est telle qu’on reste bien loin de l’économie circulaire.

Vers une frugalité métallique

Plus les produits qui nous entourent, les services à notre disposition et les usines sont technologiquement complexes et plus nous nous éloignons de l’économie circulaire et accélérons le rythme de ponction des ressources non renouvelables dans le stock. Nous pouvons évidemment continuer à piocher, à un rythme proprement effarant, mais en nous exposant, d’une part, à un risque, plutôt de moyen ou long terme, d’épuisement des ressources (par la dégradation de la teneur métallique des minerais ou par le besoin énergétique engendré par leur exploitation), d’autre part, à plus court terme, à des conséquences environnementales démultipliées (consommation énergétique, ouverture de nouveaux sites d’exploitation, etc.)

L’autre option serait de nous orienter au plus vite vers une « frugalité métallique », une réduction drastique de la quantité extraite chaque année. Une transition « low tech » ne renierait pas l’intérêt possible de certaines avancées technologiques (non, il ne s’agit pas de revenir à la bougie), mais repenserait profondément l’innovation, s’orienterait avant tout vers la sobriété, l’économie de ressources et le recyclage, en questionnant nos besoins chaque fois que possible, en poussant la logique de l’écoconception bien plus loin qu’aujourd’hui, en se basant, chaque fois que possible, sur des technologies sobres, durables, agiles et résilientes, et en abordant également les composantes organisationnelles, sociales, sociétales, commerciales, culturelles ou systémiques de l’innovation.

Une indispensable sobriété

Compte-tenu des taux de croissance passés, une baisse de 50 à 65 % ne nous ramènerait qu’au rythme d’extraction des années 1990, pas franchement « écologiques ». Cela donne une idée de l’ampleur de la tâche qui nous attend, alors que la population a augmenté entre temps. Sans compter qu’exploiter « modérément » n’a techniquement rien d’évident : avec la profondeur croissante, la moindre accessibilité ou la baisse de la richesse des minerais, les mines du futur exigeront des capitaux et engendreront des coûts opérationnels toujours plus grands... réclamant une exploitation massive et rapide peu compatible avec une baisse des volumes à extraire à terme.

Comment faire tendre le niveau d’extraction vers zéro ou presque, correspondant à la logique d’une économie réellement circulaire, respectueuse de son environnement (réduire l’impact) et des générations futures (laisser un certain stock en place pour les besoins à venir) ? Sans doute en commençant par éviter l’accélération en cours, notamment celle d’un numérique exacerbé et omniprésent, associant objets connectés, robots, drones, data centers pour les logiciels d’intelligence artificielle et le stockage du big data ou celle d’une croissance irrationnelle d’énergies renouvelables ou de voitures électriques ou autonomes, pensée sans la sobriété indispensable qui devrait y être d’abord associée.

Il s’agirait, en premier lieu, de réduire les besoins à la source, de travailler sur la baisse de la demande et pas uniquement sur le remplacement de l’offre ou, en d’autres termes, sur la sobriété avant l’efficacité, deux notions proches, à la frontière floue, et qu’on a parfois tendance à confondre. Schématiquement, isoler un bâtiment pour le chauffer moins ou organiser un covoiturage, c’est créer de l’efficacité : il n’y a pas remise en cause du besoin (ici, vivre dans un certain confort thermique, là parcourir un certain nombre de kilomètres) mais une offre plus efficace permet de réduire la « facture environnementale ». La sobriété consisterait, dans ces deux cas, à remettre en cause le besoin, en renonçant à une partie du confort thermique ou en évitant d’effectuer le trajet.

Or, historiquement, les gains d’efficacité permettant de réduire la consommation unitaire (d’énergie ou de ressources) ont, la plupart du temps, été réduits ou annihilés par effet rebond – l’efficacité se traduisant généralement aussi par un gain économique, l’usage se développe et globalement la facture environnementale s’alourdit. C’est ainsi que les gains de consommation de kérosène des turbo réacteurs les plus récents (avec alliage au rhénium) ont permis l’essor de l’aviation low-cost, que l’ouverture de nouvelles lignes de train à grande vitesse ne vide pas les avions mais provoque de nouveaux déplacements, que l’architecture des data centers permet de réduire leur facture énergétique, baissant le coût de stockage des données, dont la quantité double tous les 18 à 24 mois...

Une démarche low tech

Une transition à base de technologies « douces » pourrait contribuer à une plus grande autonomie et à la résilience des territoires, ce qui pourrait se révéler utile à l’aube d’un siècle qui promet de n’être pas tellement plus calme que les précédents : moins de dépendance aux flux logistiques complexes, aux fluctuations de prix sur les marchés mondiaux, moins de risques liés aux perturbations systémiques à venir (contraintes d’approvisionnement en énergies fossiles ou ressources rares, géopolitique, changement climatique, etc.). La dépendance globale serait remplacée par une agilité locale grandissante.

Il s’agirait d’imaginer, d’expérimenter, de construire des solutions alternatives et complémentaires, d’introduire de la diversité, source de résilience (de la même manière qu’un écosystème riche résiste mieux aux perturbations qu’un écosystème pauvre ou une monoculture), d’entretenir ou de redécouvrir des savoir-faire plutôt que de dépendre uniquement de technologies captives et non maîtrisées – et non maîtrisables car trop complexes...

Quelle « smart city » veut-on pour après-demain ? Celle basée sur « l’intelligence » numérique, bardée de capteurs fabriqués en Asie du Sud-Est, à partir de matériaux et pièces produits dans des dizaines de pays différents, souvent instables, confiant ses données à une multinationale californienne qui les stockera dans des data centers islandais, éminemment dépendante d’un monde complexe au besoin structurel d’accélération permanente ? Ou celle basée sur l’intelligence de ses habitants, plus autonomes et maîtres de leur destin, dans un système économique plus stable et plus apaisé ?


Cet article reprend des éléments de plusieurs contributions de Philippe Bihouix dont un extrait de sa contribution à l’ouvrage collectif « Critiques de l’école numérique » paru aux éditions L’échappée en 2019.

Notes

[1Ou centres de données.

[2Certaines incluent par exemple la télévision, ce qui augmente fortement la consommation des terminaux.

[3Nicola Jones, « How to stop data centres from gobbling up the world’s electricity », nature.com, 12/09/2018.

[4The Shift Project, Lean ICT, pour une sobriété numérique, octobre 2018

[525 500 TWh en 2017 (BP statistical review of world energy).

[6Malgré un effort très notable des certains grands acteurs d’Internet : Google revendique 100% d’électricité d’origine renouvelable, Facebook 50%...

[7859 millions de tonnes de CO2 en 2017.

[8Le Power Usage Effectiveness (PUE) mesure le rapport entre énergie totale consommée et énergie consommée uniquement par les équipements électroniques. Tombé autour de 1,1 pour les meilleurs et les plus gros data centers
des majors du cloud (seulement 10 % de l’électricité n’est pas utilisée dans les équipements), il est encore de 2 ou plus pour les plus petits ou les plus anciens (50 % ou plus de l’électricité sert à y refroidir les baies de serveurs) ; la moyenne mondiale est encore autour de 1,6 aujourd’hui, et ne s’améliore que marginalement depuis 2013 (Uptime institute, Global data center industry survey 2018).

[9Pour les amateurs de puissances de 10, de 50 exaoctets (Eo, milliards de Go) à 1,1 zettaoctets (Zo, mille milliards de Go) ; Nicola Jones, art. cit.

[10IDC, Data age 2025, The digitization of the world, novembre 2018

[11Chiffre sans doute surestimé ; d’autres sources donnent plutôt 15 ou 16 Zo en 2017, là où IDC est déjà à
plus de 25 Zo. Cela peut venir d’une question de périmètre (stockage dans le cloud, ou stockage dans le cloud + équipements utilisateurs).

[12C’était « seulement » 3,5 Zo en 2013

[13Environ 10 millions de serveurs installés chaque année... pour un parc total estimé qui a déjà largement passé les 100 millions d’unités.

[14Ne pas confondre terres rares (lanthanides) et métaux rares : il y a des métaux bien plus rares que les terres rares, dont l’abondance moyenne dans la croûte terrestre n’est pas particulièrement faible.

[15« Matériaux restant après l’extraction des minerais des roches exploitées lors d’une exploitation minière dont la teneur en métal recherché (argent, plomb, etc.) ou en charbon est nulle ou très faible » (Wikipédia)

[16Eric Albert, « Les déchets électroniques intoxiquent le Ghana », Le Monde, 27 décembre 2013 ; New Delhi correspondance, « Le grand défi du recyclage des déchets électroniques », Le Monde, 25 février 2010.

[17Principalement les plus précieux : or, argent, platinoïdes (platine, palladium, rhodium, ruthénium), indium, sélénium, tellure, ainsi que le cuivre.

[18Certains processus pourraient s’améliorer ou apparaître à l’avenir ; ainsi l’eau à l’état supercritique (fortes pression et température) permettrait de « lécher » les cartes électroniques et récupérer le tantale.

[19Dans le cas du lithium, une obligation réglementaire (directive européenne sur les batteries) viendra compenser cette difficulté économique, la mise en place de filières de recyclage devenant obligatoire.

[20De l’ordre de quelques dixièmes de milligrammes, voire moins, à quelques centaines de milligrammes dans un smartphone, selon les métaux et les modèles.

[21Philippe Bihouix, L’âge des low tech, vers une civilisation techniquement soutenable, Seuil, 2014.

[22United Nations Environment Programme (UNEP), International Resource Panel, Metals recycling : Opportunities, Limits, Infrastructure, 2013.

[23Google & Ellen MacArthur foundation, Circular economy at work in Google data centers, Case study, septembre 2016.