Adaptation française d'un texte paru dans Wall Street International le 23 novembre 2020
Points à retenir
• Avec la 5G, la facture d'électricité sera la plus forte augmentation de coût pour les opérateurs mobiles.
• À l'échelle mondiale, la 5G pourrait doubler l'énergie utilisée par tous les réseaux.
• L'empreinte de la 5G comprend l'énergie nécessaire à la construction de nouvelles centrales électriques géantes.
• Le charbon sera de loin la principale source d'énergie pour l'électricité de la 5G.
• Pour alimenter la 5G dans le monde entier, il faudrait l'équivalent de 7 800 nouvelles éoliennes offshore massives.
• Les émissions de CO2 de la 5G compromettraient probablement les objectifs de neutralité carbone et de réduction des émissions.
Chère Greta,
En août 2020, Huawei a publié un livre blanc intitulé Green 5G : Building a Sustainable World. (Huawei est la société de télécommunications chinoise qui a commencé à installer des infrastructures 5G à l'échelle internationale). Le rapport affirme que la 5G peut avoir un effet positif significatif sur le climat en augmentant l'efficacité énergétique et en permettant aux industries de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre et d'atteindre leurs objectifs climatiques.
Avant de discuter du rapport de Huawei, permettez-moi de reconnaître à quel point notre monde est devenu complexe, même pour les ingénieurs comme moi qui aiment comprendre comment les choses fonctionnent. En écrivant cette lettre, je cherche à décrypter certaines controverses sur la 5G et ses implications sur le changement climatique. Je ferai de mon mieux pour m'en tenir aux questions essentielles. Si vous pensez que cette lettre est absurdement détaillée et technique, vous aurez raison. Mais soyez indulgent avec moi. En réponse aux affirmations non prouvées de Huawei, nous avons besoin de détails techniques.
Pour commencer, j'ai mis les chiffres concernant l'empreinte de la 5G sur un diagramme à barres. J'adore les diagrammes à barres. Vous pouvez comparer et vous concentrer sur les choses importantes. Les barres peuvent aussi révéler des surprises. Ici, elles montrent l'énergie totale, à l'échelle mondiale, nécessaire pour fabriquer (partie basse des barres) et utiliser (partie haute des barres) les technologies numériques dans quatre catégories : 5G, réseaux, appareils et centres de données. Toutes les barres indiquent l'énergie primaire : l'énergie utilisée à partir de ressources naturelles, renouvelables ou non. Pour les références et les calculs, veuillez consulter les notes finales1.
La barre de gauche indique l'énergie supplémentaire nécessaire pour construire et exploiter les réseaux 5G. Par "5G", j'entends les réseaux publics 5G mondiaux.
La deuxième barre représente l'empreinte énergétique de tous les réseaux (câblés et sans fil) qui connectent les appareils numériques aujourd'hui. Elle montre que la 5G pourrait doubler l'énergie utilisée par l'ensemble de ces réseaux.
La troisième barre, l'éléphant dans la pièce, montre l'énergie consommée pour fabriquer et utiliser des dizaines de milliards de dispositifs utilisateurs.
La dernière barre m'a vraiment surpris : elle montre qu'avec ou sans 5G, par rapport aux réseaux et aux dispositifs utilisateurs, les centres de données sont ceux qui utilisent le moins d'énergie de toutes les infrastructures numériques.
Chine
Si la 5G devient l'épine dorsale de notre connectivité future, comme le souhaitent ses fournisseurs, elle multipliera le trafic mobile par 10 à 100.2 Indirectement, l'augmentation du trafic fera monter chaque barre. (Dans une prochaine lettre, je décrirai des alternatives filaires et sans fil viables à la 5G qui pourraient absorber l'augmentation du trafic de données - et utiliser beaucoup moins d'énergie).
Pour aujourd'hui, je veux que nous prenions conscience de la quantité d'énergie que la 5G consommerait : plus de trois fois la quantité totale d'énergie que la Suède utilise pour les industries, les transports, l'électricité, les résidences, les écoles, etc. réunies. 3 Pour alimenter la 5G à l'échelle mondiale, il faudrait construire 36 réacteurs nucléaires de nouvelle génération4, 7 800 éoliennes offshore massives5 ou des centrales électriques équivalentes utilisant d'autres sources d'énergie. Dans ce diagramme à barres, je n'ai pas calculé l'énergie requise pour construire ces géants de béton et de métal - bien que nous devrions le faire.
Quel serait l'impact de la facture d'électricité de la 5G sur le changement climatique ?
La 5G augmenterait les émissions de CO2 de 250 mégatonnes (Mt CO2).6 Cela représente sept fois les émissions totales de CO2 de la Suède, ou un quart des émissions générées par l'aviation dans le monde (avant Covid-19). 7 Cela compromettrait très probablement nos objectifs de neutralité carbone et de réduction des émissions.
Les technologies 5G pourraient-elles réduire ou compenser les incidences environnementales causées par la 5G ?
Pour répondre à cette question, permettez-moi de revenir sur le livre blanc Green 5G de Huawei, en particulier sur ses affirmations concernant le potentiel de la 5G en faveur de l'environnement. Le rapport de Huawei vante longuement l'efficacité énergétique de la 5G. Cependant, comme je l'ai expliqué dans ma lettre du 23 octobre, l'efficacité énergétique ne peut empêcher une augmentation significative de l'utilisation de l'énergie, puisqu'elle entraîne une augmentation du trafic de données.
Huawei affirme que les technologies de l'information et de la communication (TIC) pourraient contribuer à réduire de 15 % les émissions de gaz à effet de serre dans d'autres secteurs en 2020. Cette affirmation se fonde sur un rapport ancien (2008) qui a examiné la plupart des aspects des TIC dans le monde. En ce qui concerne les réseaux mobiles à large bande (3G, 4G, 5G), il a effectivement fait état d'une montée en flèche des émissions de gaz à effet de serre, et d'aucune économie potentielle de CO2 dans d'autres secteurs.
Pourtant, le document Green 5G de Huawei affirme avec confiance que, couplée à d'autres technologies (intelligence artificielle, cloud, virtualisation, Internet des objets), la 5G pourrait aider diverses industries à accroître leur efficacité énergétique. Associer la "5G" à un ou plusieurs mots à la mode dans une même phrase crée un écran de fumée et cache une réalité simple : la 5G est une technologie de connexion sans fil. L'utilisation d'une connexion 5G ne prouve pas que la 5G est la meilleure ou la seule connexion possible. En fait, nous pourrions réaliser de nombreux avantages environnementaux en utilisant des technologies moins gourmandes en énergie.
Sans preuve, le rapport de Huawei suppose à tort que les technologies de l'Internet des objets (IoT) (telles que les véhicules autonomes, les véhicules électriques, l'optimisation du trafic, les villes intelligentes et les réseaux intelligents) nécessitent la 5G. En fait, des analystes indépendants ont sérieusement contesté les avantages de la 5G pour l'IdO.8 Les affirmations de Huawei selon lesquelles la 5G permet ces technologies et l'efficacité énergétique sont absolument incorrectes.
Affirmer que l'achat ou la production d'"énergie verte" pour la 5G la rend plus efficace sur le plan énergétique est également une pure imposture. Par rapport à l'énergie non renouvelable, l'énergie renouvelable est rare. La construction et l'élimination des systèmes d'énergie "renouvelable" (par exemple, l'énergie solaire, éolienne ou hydraulique) ont également d'énormes conséquences écologiques. En outre, l'utilisation des "énergies renouvelables" pour la 5G réduirait l'énergie renouvelable disponible pour d'autres applications. Huawei passe également à côté de l'essentiel lorsqu'elle affirme que les batteries au lithium "intelligentes" augmenteraient l'efficacité énergétique : les antennes 5G nécessiteront des batteries9 beaucoup plus grandes que les antennes 4G, ce qui ne fera qu'accroître la consommation énergétique mondiale. La fabrication de batteries plus grandes augmentera l'extraction de minerai et les émissions de gaz à effet de serre. Le chargement et le déchargement des batteries plus grandes de la 5G gaspilleront encore plus d'électricité.
Le rapport ne fournit que trois études de cas concrètes avec des avantages quantifiés. Chacune d'entre elles conclut à tort que la 5G favorise la durabilité.
Dans l'étude de cas sur les transports, des travailleurs se déplaçant en voiture pour inspecter des gazoducs sont remplacés par un drone rapide, alimenté en pétrole, connecté à la 5G et équipé d'une caméra vidéo à ultra-haute définition. J'identifie ici quatre failles. Premièrement, le déploiement de la 5G autour des pipelines n'est pas rentable et consomme beaucoup d'énergie. Les réseaux mobiles ne sont pas conçus pour connecter des drones10. Huawei ne fournit aucune preuve que seule la 5G peut connecter ces drones. Il n'explique pas pourquoi la 4G (existante) ne peut pas faire ce travail. Deuxièmement, par rapport aux voitures, même les drones à longue portée ont encore une autonomie très limitée (80 km/50 miles). Troisièmement, Huawei ne tient pas compte de l'énergie utilisée pour construire ou faire fonctionner les réseaux 5G. Enfin, malgré l'enthousiasme de Huawei, l'économie annuelle de 2,1 mégatonnes de CO2 est insignifiante (moins de 1 %) compte tenu des émissions annuelles de la 5G, estimées à 250 mégatonnes.
Lorsque Huawei montre comment la 5G pourrait profiter à la télémédecine en réduisant les déplacements des médecins, elle omet de signaler que ces soins de santé nécessitent une connexion très fiable. La 5G pourrait être plus fiable que la 4G, mais les connexions sans fil comme la 5G ne sont généralement pas assez fiables pour la télémédecine.11 Deuxièmement, les soins de santé n'ont pas besoin des vitesses ou des temps de réponse très performants de la 5G.12 Huawei a tout simplement tort d'affirmer que les soins de santé nécessitent la 5G. En fait, la télémédecine tire déjà parti des connexions filaires existantes, à haut débit et sécurisées, qui consomment moins d'énergie.
Huawei fait également état d'une usine de smartphones qui automatise son contrôle qualité en connectant des caméras vidéo à l'intelligence artificielle (IA) avec la 5G. Par rapport aux travailleurs humains, l'IA identifie les défauts avec beaucoup plus d'efficacité énergétique. Mais là encore, en raison de l'effet rebond, une plus grande efficacité énergétique n'entraîne aucune économie. Elle peut même augmenter la consommation d'énergie. Ce cas ne fait pas exception. Huawei admet même que la consommation d'énergie n'a pas diminué après que cette usine de smartphones a introduit la 5G.
Dans chacune de ces études de cas, Huawei ne tient pas compte des quantités substantielles d'énergie consommées par l'infrastructure 5G. En utilisant des alternatives à la 5G qui consomment moins d'énergie, nous n'aurions pas besoin d'une telle énergie. Alors que la 5G pourrait gérer une augmentation considérable des données mobiles, elle nous inciterait également à consommer des volumes croissants de données mobiles et, par conséquent, des volumes croissants d'électricité. La 5G serait le principal contributeur au problème qu'elle promet de résoudre : le manque de capacité du réseau pour diffuser des vidéos plus volumineuses. Est-ce de l'ironie ou une intention ? Lorsque l'industrie crée de nouveaux besoins pour les consommateurs en permettant des données mobiles virtuellement illimitées, elle encourage la dépendance aux données mobiles. Cela me rappelle les stratégies déployées il y a des décennies par les industries du tabac, du sucre et de la chimie, stratégies qui ont conduit à une consommation hors de contrôle.
La 5G devrait également déplacer le trafic de données des réseaux câblés existants vers des réseaux mobiles beaucoup moins efficaces.13 Étant donné les énormes quantités d'énergie (trois fois l'empreinte de la Suède) dont la 5G aura besoin, principalement à partir de combustibles fossiles, l'utilisation répétée par Huawei du terme "durable" pour décrire la 5G est pour le moins déroutante. Curieusement, en 2019, Huawei a publié un autre livre blanc14 mettant en garde l'industrie contre des besoins en électricité jamais vus auparavant avec la 5G. Ce rapport est référencé par divers sites web, dont l'Agence internationale de l'énergie. De façon moins surprenante, après la mise sous presse du rapport Green 5G en août dernier, le rapport de 2019 a disparu du Web.
Andy Purdy, responsable de la sécurité de Huawei aux États-Unis et membre du conseil de Forbes, a fait l'éloge de la 5G dans un récent article de Forbes. Il a rapporté que la 5G "promet de réduire considérablement la consommation d'énergie dans les réseaux de télécommunications", alors que sa propre industrie s'oppose à cette affirmation. L'association du secteur de la téléphonie mobile, la GSMA15, et l'opérateur français Bouygues Telecom16 avertissent tous deux que tous les opérateurs de réseaux verront inévitablement leur consommation d'énergie augmenter avec la 5G. Les exemples d'économies d'énergie cités par Purdy ne sont pas pertinents. Il revendique des économies d'énergie qui ne reposent pas sur la technologie 5G. Il confond également l'ambition de l'industrie de réduire son empreinte carbone avec la réalité selon laquelle la 5G entraînera une montée en flèche de la demande énergétique.
Greta, cette lettre est pleine de détails techniques. Pourtant, je n'ai abordé que la plus évidente des affirmations incorrectes de Huawei selon lesquelles la 5G est "verte". En résumé, la suggestion de Huawei selon laquelle la 5G réduirait le changement climatique est fausse. Son rapport ne fournit aucune preuve que la 5G a un rôle à jouer dans la réduction de la consommation d'énergie. L'entreprise a soigneusement évité de parler de l'énorme empreinte écologique de la 5G (sept fois les émissions de CO2 de la Suède). En fait, l'empreinte de la 5G compromettrait probablement les objectifs d'économies d'énergie et de réduction des émissions de carbone.
L'exploration d'autres technologies de l'information et de la communication pourrait permettre de réduire la consommation d'énergie. Une nouvelle vision de la connectivité pourrait émerger, avec des émissions de gaz à effet de serre considérablement réduites, une satisfaction accrue des utilisateurs et un véritable progrès pour les générations futures. Notre société peut atteindre les objectifs climatiques, mais seulement si nous remettons en question les nouveaux besoins numériques créés par l'industrie, et si nous explorons des alternatives réellement économiques et plus durables à la 5G. En effet, je me vois mis au défi d'envisager un Internet dans lequel nous remplaçons la croissance sans fin "intelligente" par un progrès sage et constant.
Notes
1 Calculs derrière le diagramme à barres : les études sur notre empreinte environnementale ont tendance à inclure d'importantes marges d'erreur. Toutefois, les marges d'erreur ne compromettent pas les conclusions de cet article.
a) L'énergie d'utilisation de la 5G (énergie consommée lors du fonctionnement des réseaux 5G) : Ferreboeuf & Jancovici rapportent que la consommation électrique annuelle de la 5G atteindrait 10 TWh en France. Pour trouver l'ordre de grandeur de la consommation mondiale de la 5G, on peut utiliser une simple règle de trois : 10 TWh (consommation électrique de la 5G en France) × 24 738 TWh (consommation électrique mondiale 2018) ÷ 474 TWh (consommation électrique 2018 de la France) = 522 TWh (consommation électrique annuelle mondiale de la 5G). Ensuite, pour trouver l'énergie primaire (EP) nécessaire pour produire cette électricité, il faut multiplier 522 TWh par un nombre appelé facteur d'énergie primaire (PEF) = 3,4. C'est le PEF utilisé par Green IT France, et dans mes calculs. Green IT a fait un rapport sur l'empreinte numérique mondiale (lien ci-dessous). 522 TWh × 3,4 (PEF) = 1770 TWh (PE annuelle utilisée pour faire fonctionner les réseaux 5G). Sources : H. Ferreboeuf, J.-M. Jancovici, Faut-il faire la 5G ? ; consommation d'électricité de l'AIE par pays et au niveau international.
b) L'énergie de fabrication de la 5G (énergie utilisée pour construire les réseaux 5G) : Nokia indique que 7% du CO2 des antennes cellulaires est émis lors de leur fabrication, tandis que 93% du CO2 est émis lors de leur fonctionnement. Cependant, la 5G utilise beaucoup plus d'électricité que la 4G. Cela pourrait réduire le CO2 de fabrication à moins de 7%, et augmenter les émissions de CO2 pendant le fonctionnement de la 5G à plus de 93%. En gros, nous pouvons estimer que l'énergie primaire (EP) utilisée par la 5G pour sa fabrication représente jusqu'à 7 % de son utilisation totale d'EP. Sur la base de l'EP liée à l'utilisation de la 5G (1770 TWh), la fabrication de la 5G ajouterait 1770 TWh par an ÷ 93% × 7% = 133 TWh (EP annuelle de la 5G utilisée pour construire les réseaux 5G). Source : Nokia People & Planet Report 2019 (pg 28).
c) énergie pour les réseaux, les appareils des utilisateurs, les centres de données : F. Bordage, GreenIT.fr, Empreinte environnementale du monde numérique, 2019.
2 Cisco prévoit une croissance annuelle de 46 % (TCAC) du trafic mobile. Cela représente une multiplication par 10 en 6 ans, et une multiplication par 100 en 12 ans (chaque génération mobile s'étend sur environ une décennie).
3 Consommation d'énergie de la Suède = 49,8 Mtep = 579 TWh.
4 Dans la note n° 1, nous avons constaté que la 5G à l'échelle mondiale nécessiterait 522 TWh d'électricité par an. Converti en gigawatts de puissance électrique, cela donne 59 GW. Le plus grand réacteur nucléaire de dernière génération (l'EPR) produit 1,65 GW de puissance continue. Il faudrait donc environ 59 ÷ 1,65 = 36 EPR pour alimenter la 5G.
5 La note n° 4 explique que la 5G aurait besoin de 59 gigawatts (GW) d'énergie continue. La plus grande éolienne offshore (la Haliade-X) produit 12 mégawatts (MW) d'énergie lorsque le vent est fort. 12 MW correspondent à 0,012 GW. Pour compenser le manque de vent, nous devons appliquer un facteur de capacité (un très généreux 0,63 pour cette turbine). Pour alimenter 5G, nous avons donc besoin d'environ 59 ÷ (0,63 × 0,012) = 7804 Haliade-X.
6 En moyenne, chaque kilowattheure (kWh) d'électricité produit dans le monde émet 475 grammes de CO2. La production mondiale d'électricité pour alimenter la 5G (522 TWh) émettrait 522 × 0,475 MtCO2 = 248 mégatonnes (MtCO2 annuelles).
7 Émissions annuelles de CO2 de la Suède = 34,5 mégatonnes ; émissions annuelles de CO2 de l'aviation = 900 mégatonnes.
8 William Webb, The 5G Myth, troisième édition, 2019 ; Matt Hatton, William Webb, The Internet of Things Myth, 2020.
9 " L'application commerciale de la 5G se rapproche de plus en plus, la construction de stations de base fera grimper la demande de batterie au lithium au-dessus de 155 GWh ". (gigawattheures).
10 Deniz Kalaslıoğlu : "Pour de nombreuses applications, les communications cellulaires traditionnelles, y compris la 5G, sont sous-optimales pour les véhicules autonomes, les drones et les systèmes robotiques à forte intensité de données". (un UAV est un drone).
11 Les consultations de télésanté fonctionnent parfaitement à des vitesses aussi faibles que 1,5 à 10 mégabits par seconde (Mbps).
12 La téléchirurgie et la télésanté exigent un temps de réponse (latence RTL) inférieur à 300 millisecondes (ms).
13 L'utilisation de réseaux sans fil pour des connexions "fixes" est appelée Fixed Wireless Access (FWA). Selon Ericsson, le FWA devrait atteindre 25 % du trafic mobile en 2025.
14 Huawei, "5G Telecom Power Target Network White Paper", octobre 2019, (désormais retiré du site web de Huawei pour les opérateurs).
15 La GSMA rapporte que le facteur d'augmentation des coûts le plus élevé pour les opérateurs sera l'énergie utilisée par la 5G, par rapport à la 4G.
16 Audition au Sénat en France le 10 juin 2020 de O. Roussat, PDG de Bouygues Telecom. " Il est faux de prétendre que la 5G permettra des efforts énergétiques. Après la première année de déploiement, la consommation énergétique de tous les opérateurs montrera une augmentation significative."
