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Les monnaies numériques et leur impact écologique

"Miner" du bitcoin, c'est générer cette "crypto-monnaie" inviolable grâce aux calculs. Mais c'est aussi consommer une grande quantité d'électricité, ce qui génère des émissions de gaz à effet de serre lorsque l'électricité provient des énergies fossiles. Alors que les monnaies numériques sont amenées à se développer dans le monde, il est important d’apporter une aide aux politiques et aux industriels afin que soient définies des règles d’adoption de la technologie blockchain en ligne avec la préservation de l’environnement et du climat.

Pourquoi ne pas inscrire les activités de "minage" des crypto-actifs dans les réflexions menant aux programmes d’investissements énergétiques nationaux ?


Source image : cbeci.org/cbeci/comparisons


"Miner" du bitcoin, c'est générer cette "crypto-monnaie" inviolable grâce à du calcul


Fabriquer de la "monnaie" virtuelle en s’appuyant sur la technologie blockchain demande une très forte puissance de calcul. En effet, lorsqu’elle est publique, c’est-à-dire ouverte à tout utilisateur, la blockchain implique la validation des transactions et la création de blocs qui enregistrent les écritures. Dans le cas du bitcoin par exemple, les mineurs en concurrence les uns avec les autres s’efforcent de résoudre des équations complexes pour obtenir en échange une «prime de minage» payée en devise virtuelle – on parle pour l'instant de "jeu fermé". Ce système de validation – nommé PoW (Proof-of-Work), assure la sécurité du réseau et nécessite une puissance de calcul d’autant plus élevée que le niveau de difficulté est grand.


Un fort impact écologique


Ainsi, le "minage" du bitcoin est particulièrement énergivore puisque, au moment où nous écrivons, il représenterait selon l'université de Cambridge, une consommation annuelle de l’ordre de 140TWh, soit environ 0,6% de la consommation électrique mondiale [1].


Les émissions de CO2 correspondantes dépendent bien sûr de l’origine de l’électricité consommée dans les "mines". En Chine par exemple – qui réalise à elle seule les deux tiers de l’activité de production de bitcoin [2], le parc minier se déplace au gré du prix de l’électricité : en saison sèche, lorsque l’électricité des barrages s’amenuise, les mineurs migrent vers l'extrémité occidentale de la Chine où l’électricité est produite à base de charbon.

Ainsi, la géolocalisation des pools de minages est difficile de sorte que les résultats sur les émissions peuvent être assez divergents. Une étude publiée en 2019 [3] fournit des estimations de l'empreinte géographique de l'exploitation minière bitcoin selon différents scénarios basés sur l'adresse IP du serveur de pool, des machines ou bien des nœuds du réseau. Les auteurs en déduisent une fourchette d’émissions de l’ordre de 22 à 23 MtCO2 en 2018 – pour une consommation d’électricité, à l’époque de 46TWh. Nous étions proches de l’empreinte carbone de Kansas City aux États-Unis.


Certains chercheurs parlent de "crypto-damages" pour évoquer l’ensemble des impacts liés à la consommation d’énergie fossile pour produire des crypto-actifs (bitcoin, ethereum, litecoin et monero). Des travaux menés à l’université du Nouveau Mexique [4] estiment, qu’en raison des émissions de CO2, de particules fines, d’oxyde d’azote et de dioxyde de soufre, chaque dollar de valeur bitcoin créé en 2018 a été responsable de 0,49 dollar de dommages pour la santé et le climat aux États-Unis, et de 0,37 dollar en Chine.


N’oublions pas qu’en sus de la consommation d'électricité, le minage nécessite de renouveler régulièrement les ordinateurs qui tournent en continu, avec toutes les conséquences que cela implique d’un point de vue environnemental mais aussi en matière d’approvisionnement (cartes graphiques notamment), ce qui relève encore d’un autre sujet…


Alors comment accompagner l’émergence de cette technologie dans de meilleures conditions environnementales ?


La situation est préoccupante en Chine


Selon des travaux universitaires récents [5], si rien n'est fait, la blockchain bitcoin en Chine devrait consommer 297TWh en 2024 et générer environ 130Mt de carbone. Pour limiter ces émissions, les auteurs préconisent de passer de la politique de taxe carbone actuelle à une politique de régulation de sites qui induirait des changements dans la structure de consommation d'énergie des activités minières – à l’instar de la fermeture des mines alimentées par de l’électricité à base de charbon comme celles situées en Mongolie. Il est vrai que l'engagement pris par le président Xi Jinping d’aller vers la neutralité carbone pour 2060 risque d’être compromis en l’absence de fortes mesures régulant l’activité – laquelle avait pourtant été largement encouragée par le gouvernement ces dernières années...


Les accords des sociétés du secteur


Les sociétés de blockchain et de cryptographie sont conscientes de l’impact écologique des technologies qu’elles développent. Notons que le bitcoin n’est pas un cas isolé puisque les autres crypto-actifs (ethereum, litecoin, monero) sont également de gros consommateurs d’électricité. Ainsi, DMG Blockchain Solutions et l'entreprise de minage de crypto-actifs, Argo Blockchain, ont signé en mars 2021 un protocole d’accord en vue de lancer un nouveau pool de minage de bitcoins fonctionnant exclusivement avec des énergies renouvelables : "Terra Pooll" [6]. Leur objectif est de créer le tout premier bitcoin "vert".


Début avril 2021, l’initiative privée "Crypto Climate Accord" a vu le jour afin de décarboner l’industrie des crypto-actifs [7]. Cet accord – soutenu en France notamment par ENGIE et Exaion [8], regroupe des organisations de premier plan dans le domaine des technologies financières et bénéficie du soutien de l’ONU à travers la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques. Il s’est fixé trois objectifs principaux pour réduire l’empreinte carbone du secteur :

  1. permettre à toutes les blockchains d'être alimentées à 100% d'électricité renouvelable d'ici 2030 ;

  2. développer une norme comptable pouvant être utilisée pour mesurer de manière cohérente les émissions de gaz à effet de serre générées par le secteur ;

  3. atteindre d'ici 2040 des émissions nettes nulles pour l'ensemble de l'industrie de la cryptographie, y compris toutes les opérations commerciales.


Des innovations technologiques


Du côté des progrès de la technologie elle-même, il est à noter que l'ethereum (deuxième plus gros crypto-actif après le bitcoin) accélère son calendrier pour migrer son système de validation du PoW à un système de type "Proof of Stake" (preuve d’enjeu) réduisant l’utilisation des processeurs. De telles blockchains fondées sur des méthodes de calcul moins énergivores constituent une piste intéressante, avec néanmoins la question de l’arbitrage entre simplicité de la procédure et risque de piratage.


En conclusion


Des initiatives publiques et privées nous confortent dans l’idée que la diffusion de la blockchain nécessite de poursuivre les recherches sur ses externalités et de mener des actions efficaces pour en limiter la portée. En particulier, ne faudrait-il pas inscrire les activités de "minage" des cryptoactifs – quels qu'ils soient – à l'agenda des réflexions sur la programmation des investissements énergétiques nationaux ?


Plus généralement, au delà des cryptoactifs, la liste des applications de la blockchain dans les services financiers (paiement, financement du commerce international, assurances, etc.) ne cesse de s'allonger en raison des avantages qu'elle procure notamment en termes de coûts [9]. Et il y a de grandes chances que la tendance s'amplifie... Songeons en particulier à la perspective de montée en puissance des monnaies numériques de Banque centrale qui pourront s'appuyer sur la blockchain (voir notre post du 27 avril 2021). Dans un tel contexte, il est important d’apporter une aide aux politiques et aux industriels afin que soient définies des règles d’adoption de cette technologie véritablement en ligne avec la préservation de l’environnement et du climat.


Par Marie-Claire Mainka et Nathalie Popiolek


[1] Le Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI) propose une estimation en temps réel fondée sur le prix de l’électricité, la puissance de calcul du réseau et l’efficacité moyenne des machines (https://cbeci.org/). Ces estimations fluctuent quotidiennement.

[2] La carte éditée par le Cambridge Center for Alternative Finance (https://cbeci.org/mining_map) souligne la prépondérance en avril 2020 de la Chine dans le minage (65% de la puissance de calcul mondiale nécessaire à l'extraction de bitcoins, le « hachage »), suivie des États-Unis avec 7,24 % et la Russie avec 6,9 %.

[3] Christian Stoll, Lena Klaaßen, Ulrich Gallersdörfer, “The Carbon Footprint of bitcoin”, Joule, Volume 3, Issue 7, 17 July 2019.

[4] Andrew L. Goodkind, Benjamin A. Jones, Robert P. Berrens, “Cryptodamages: Monetary value estimates of the air pollution and human health impacts of cryptocurrency mining”, Energy Research & Social Science, Volume 59, 2020.

[5] Jiang, S., Li, Y., Lu, Q. et al., “Policy assessments for the carbon emission flows and sustainability of bitcoin blockchain operation in China”, Nat Commun 12, 1938, 2021.

[6] https://www.londonstockexchange.com/news-article/ARB/argo-launches-the-first-clean-energy-mining-pool/14914682.

[7] https://cryptoclimate.org/

[8] Exaion est une filiale du groupe EDF, spécialisée dans la fourniture cloud de solutions blockchain et calcul haute-performance (HPC et IA).

[9] "Les opportunités de la blockchain dans les services financiers : Principales applications, initiatives des acteurs et perspectives à l’horizon 2023", Xerfi Innov, Parue le 04/01/2021, réf : 20ABF77 / XR.

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