Les impacts environnementaux du numérique
Le « numérique » englobe tous les équipements électroniques qui utilisent des données binaires. On y retrouve bien sûr les ordinateurs, les imprimantes, les smartphones, les consoles de jeu, les télévisions connectées à une box. Mais c’est sans oublier des milliers de centres de données, de millions de kilomètres de câbles (cuivre et fibre), de millions d’antennes-relais pour le transport et le traitement des données.
L’évaluation de l’impact environnemental
Une étude du GreenIT analyse la quantification de l’empreinte numérique mondiale et son évolution entre 2010 et 2025. Le sujet est vaste et repose sur la mise en place d’indicateurs représentatifs, de méthodes rigoureuses permettant de tenir compte de l’ensemble des équipements nécessaires au fonctionnement de nos activités numériques sur toute leur durée de vie. Comme l’indique cette étude, le numérique est loin d’être immatériel et sans impact sur l’environnement. Si le numérique était un pays, son empreinte serait environ 2 à 3 fois celle de la France, soit 2,5 % de l’empreinte de l’humanité. Les projections à 2025 amèneraient cette contribution à l’empreinte mondiale à un peu moins de 6% et un quintuplement du poids du numérique depuis 2010. Cela pose donc la question de la soutenabilité du numérique vis-à-vis de l’épuisement des matières premières et de la consommation énergétique. Pour mieux comprendre les facteurs d’impacts, il faut à revenir sur les indicateurs associés, les méthodes d’évaluation et l’impact des différents équipements.
Les indicateurs environnementaux
Les indicateurs environnementaux qui permettent de bien qualifier les impacts du numérique portent généralement sur l’épuisement des ressources naturelles non renouvelables (ressources abiotiques), les émissions de gaz à effet de serre, la consommation d’eau, la consommation d’énergie primaire et la consommation électrique (énergie finale). Afin de faciliter l’appropriation de ces indicateurs et de qualifier leur impact, il est essentiel de revenir sur chacun d’entre eux.
Les indicateurs environnementaux du numérique
Épuisement des ressources abiotiques (ADP)
Cet indicateur évalue l’impact du numérique vis-à-vis de l’épuisement des stocks de minerais nécessaires à la fabrication des composants électroniques. Il s’exprime en kg équivalent antimoine (kg eq. SB). L’antimoine, élément chimique de symbole atomique Sb, a été choisi comme ressource rare de référence. Une ressource plus rare que l’antimoine présentera donc un coefficient de rareté supérieur à 1. De nombreux métaux sont nécessaires pour fabriquer des équipements numériques. Pas moins de 40 métaux sont présents dans un smartphone dont certains sont rares voire critiques compte tenu des réserves actuelles. Le numérique repose surtout sur des métaux tels que le tantale, le gallium, le ruthénium, le germanium, l’indium dont le recyclage est très faible (inférieur à 1%). Leur extraction des terres rares est extrêmement génératrice de GES et consommatrice d’eau.
Émission de gaz à effet de serre (GES)
Les gaz à effet de serre contribuent au réchauffement de la planète en retenant une partie de la chaleur reçue par le soleil dans l’atmosphère. Les GES issus de l’activité humaine sont principalement le CO2 (dioxyde de carbone), CH4 (méthane), N2O (protoxyde d’azote) et les gaz fluorés. Dans ces derniers, on retrouve d’ailleurs les NF3 (trifluorure d’azote) issus de la fabrication de composants électroniques. Cet indicateur d’émission de GES est exprimé en kg équivalent CO2 (kg eq. CO2) car tous les gaz n’ont pas le même pouvoir de réchauffement suivant leur durée de vie et leur capacité à réfléchir les rayonnements solaires. Le coefficient d’équivalence est donc de 1 pour le CO2, 25 pour le CH4 et atteint la valeur record de 17200 pour le NF3. La figure ci-dessous présente la part des émissions mondiales du CO2 dues au numérique en comparaison avec une sélection de pays. Le numérique contribue davantage aux émissions qu’un pays comme le Japon, lui-même en 5ème position des pays les plus pollueurs du monde derrière la Chine (30,7%), les États-Unis (13,8%), l’Inde (7,1%), la Russie (4,6%).
Part des émissions mondiales de CO2 du numérique (Source Statista)
Tout aussi étonnant, c’est plus de quatre fois les émissions de CO2 produites par la France.
Les géants américains du secteur de la technologie prennent des engagements pour réduire voire annuler leur empreinte carbone. Les objectifs visés concernent la « neutralité carbone », le « zéro émission nette », le « Carbone négatif ». De manière stricte, la neutralité carbone s’entend pour le CO2 mais elle est souvent utilisée pour l’ensemble des GES.
Mais selon l’ADEME, la neutralité carbone ne s’entend qu’à l’échelle de la planète et des Etats. Plusieurs arguments sont invoqués pour cela :
Le périmètre car la part prépondérante des émissions d’une entreprise concerne généralement le scope 3 (émissions indirectes)
- L’équité car certaines entreprises devraient devenir carbone négatif et pas seulement neutre en carbone compte tenu des possibilités de séquestration sur leur territoire.
- L’efficacité car le rachat de crédits carbone bon marché pour compenser les émissions n’engage pas à la mise en place d’une véritable stratégie de réduction de ses émissions.
L’ADEME rappelle que la réduction des émissions de GES (prioritaire) et la séquestration de CO2 dans des puits biologiques ou technologies sont les deux leviers pour atteindre la neutralité carbone. L’agence propose également des recommandations sur l’utilisation de l’argument « neutralité carbone » pour adopter une démarche de communication responsable.
Consommation d’eau (EAU)
L’eau est indispensable à la vie. Généralement, on distingue l’eau bleue, directement mobilisable par l’Homme, de l’eau verte mobilisable uniquement par les végétaux. Cet indicateur est exprimé en litre d’eau bleue (l ou m3). Comme l’agriculture et d’autres industries, le numérique est un grand consommateur d’eau bleue et peut contribuer à des périodes de stress hydrique. L’« empreinte eau » du numérique dans le monde représente plus de deux fois la consommation d’eau des Français, soit 8 milliards de mètre cubes d’eau. Dans la prochaine décennie, la croissance démographique combinée au réchauffement climatique devrait entrainer une demande en eau douce 40% supérieure à l’offre selon les Nations Unies. Quelques données chiffrées sont intéressantes considérer. La consommation en eau d’un datacenter de taille moyenne équivaudrait à trois hôpitaux de taille moyenne et dépasserait celle de deux terrains de golf de 18 trous. Si les 86% de l’eau consommée sont recyclés, le fabricant de puces taïwanais TSMC utiliserait tout de même plus de 150 000 tonnes d’eau par jour. Enfin, la fabrication d’un ordinateur portable de 2 kg ne nécessite pas moins de 1,5 tonne d’eau.
Énergie primaire
L’énergie primaire permet de fabriquer l’énergie finale (énergie mécanique, électrique, thermique). Cet indicateur est exprimé en Wattheure (Wh) ou kiloWattheure (kWh) par unité de temps. L’extraction des minerais et leur transformation en composants électroniques représentent l’essentiel de l’empreinte du numérique. L’énergie grise nécessaire à leur fabrication est largement supérieur à l’électricité consommée durant toute leur utilisation. On considère donc pour un équipement ou pour un service numérique le bilan énergétique global sur le cycle de vie complet. A titre d’exemple, la fabrication d’un smartphone mobilise 80% de la dépense énergétique et seulement 20% pour la consommation électrique.
Consommation électrique
L’électricité (énergie finale) ne représente qu’une partie de l’énergie consommée par le numérique. Cet indicateur s’exprime également en kiloWattheure (kWh) par unité de temps. D’après un rapport du Shift Project, le numérique représenterait près de 10% de la consommation mondiale d’électricité. Cette consommation augmente d’ailleurs de 5% à 7% par an et pourrait ainsi mobiliser 20% de la production mondiale à horizon 2025. Cette consommation se répartie à hauteur de 30% sur les terminaux (ordinateurs, smartphones), 30% sur les data centers et le reste (40%) sur les réseaux.
Les approches d’évaluation
Principalement, deux approches permettent d’évaluer l’impact environnemental des produits et des activités d’une entreprise, le Bilan Carbone et l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Complémentaires, ces outils sont très utiles pour mettre en place une politique environnementale dans une organisation. Il existe également un certain nombre de guides fournissant de bonnes pratiques pour réduire l’impact environnemental d’un service numérique.
Bilan Carbone
Conçu par l’ADEME, le bilan carbone permet d’évaluer les émissions directes et indirectes de gaz à effet de serre qu’une entreprise génère sur l’ensemble de ces activités. Cette analyse lui permet ensuite de mettre en place un plan de réduction de ses émissions. Par simplification, les données sont exprimées en équivalent CO2 pour les autres gaz à effet de serre. Il existe 3 différentes catégories d’émissions :
Scope 1 : émissions directes produites par les sources détenues et contrôlées par l’entreprise
Scope 2 : émissions indirectes liées à la consommation d’énergie (électricité, chauffage, climatisation)
Scope 3 : émissions indirectes (amont et aval) liées à tout le reste
En France, les entreprises de plus de 500 salariés (ou de plus de 250 salariés dans les DOM), les collectivités territoriales de plus de 50 000 habitants, les établissements publics et services d’État de plus de 250 agents ont l’obligation de réaliser un bilan Carbone tous les trois ans (Article L 229-25 du code l’environnement). Au-delà de l’aspect réglementaire, la réalisation d’un bilan carbone permet à l’entreprise qui s’y soumet d’anticiper des évolutions réglementaires en matière de GES, de diminuer sa consommation énergétique et donc de réaliser des économies financières, d’impliquer ses salariées dans une démarche environnementale et de communiquer son engagement à l’externe.
A noter que la loi devrait très vraisemblablement s’élargir aux entreprises de toute taille.
Analyse de cycle de vie du numérique
Utilisée depuis les années 1990, l’analyse du cycle de vie permet évaluer l’impact d’un produit ou d’un service sur l’environnement. Cette méthode, qui a fait l’objet de 2 normes ISO (14040:2006 : Principes et cadre et 14044 :2006 : Exigences et lignes directrices), repose sur la prise en compte de plusieurs indicateurs environnementaux (approche multicritère) et la prise en compte des impacts générés sur toute la vie du produit ou du service (cycle de vie).
Pour chiffrer les impacts d’un produit ou d’un service numérique, les indicateurs environnementaux retenus vont généralement caractériser : la régression de la biodiversité, l’épuisement des ressources abiotiques, la consommation d’énergie primaire, la consommation d’eau et d’énergie finale, la production de déchets électroniques, de papier.
Les quatre étapes du cycle de vie d’un produit concernent la fabrication (extraction des matières premières, transports amont, fabrication), le transport (du site de fabrication au site d’utilisation), l’utilisation (consommation électrique) et la fin de vie (collecte, recyclage, traitement des déchets). Dans le domaine du numérique, 3 niveaux d’équipements sont concernés : les terminaux, les infrastructures de réseaux et les centres de données. La norme ISO 14040 :2006 définit 4 phases indépendantes pour la réalisation d’une AVC (Définition des objectifs et de la portée, Analyse de l’inventaire, Évaluation de l’impact, Interprétations). L’analyse du cycle de vie est une méthode très aboutie en matière d’écoconception. Elle permet aux entreprises qui entreprennent ce type de démarche de faire des choix éclairés en ayant une meilleure connaissance de leurs impacts environnementaux et d’envisager ainsi des axes d’amélioration. Cette démarche est toutefois exigeante pour l’entreprise, demande d’y consacrer du temps et disposer de l’ensemble des données nécessaires. Ce qui n’est pas toujours possible.
Guides
Parmi les guides et référentiels permettant d’accompagner les bonnes pratiques, on peut citer le guide de l’ADEME plutôt orienté grand public, le référentiel du CIGREF qui regroupe 100 bonnes pratiques de sobriété numérique à destination des organisations. Ce référentiel comporte des points d’attention sur le data management et les solutions d’IA. Enfin dernièrement l’AFNOR a publié en avril 2022 un guide qui fournit aux organisations des bonnes pratiques pour réduire l’impact environnemental de leurs services numériques. Il invite notamment en matière d’intelligence artificielle à se poser la question du bien-fondé du service envisagé au regard des enjeux environnementaux.
L’univers du numérique
En 2019, le rapport du GreenIT précise que 34 milliards d’équipements pour 4,1 milliards d’utilisateurs (soit 8 équipements par utilisateur) composent cet univers numérique. Entre 2010 et 2018, le poids des données est passé de 0,5 à 2 milliards de téraoctets par an, soit 4 fois plus et le nombre de serveurs a quasiment doublé, passant de 35 millions à 61 million. La règle des trois tiers régit généralement le numérique avec les data centers, les réseaux et les terminaux à destination des utilisateurs.
Les data centers
Véritables infrastructures pour conserver, organiser et traiter des données, les data centers accueillent un réseau, des espaces de stockage et des serveurs de calcul. Dans la mesure où les data centers génèrent beaucoup de chaleur, ils nécessitent le plus souvent des systèmes de refroidissement pour fonctionner de manière optimale (à des températures entre 24 et 27°C). Plusieurs techniques de refroidissement peuvent être mises en œuvre ; à l’air (free cooling), à l’eau (free-chilling), adiabatique/évaporatif, refroidissement liquide.
En France, un data center consomme en moyenne 5,15 MWh/m2/an, soit pour une surface de 10000 m2 autant qu’une ville de 50000 habitants. Aujourd’hui, les data centers représentent 17% de l’empreinte carbone du secteur du numérique mondial. Suivant les études, ceux-ci pourraient réclamer 10% de la production mondiale d’électricité d’ici 2030.
Les réseaux
Pour les entreprises et le grand public, le transport des données s’effectue par l’intermédiaire d’infrastructures de réseaux numériques. Il existe 2 types de réseaux : fixes (ADSL, fibre, …) et mobile (3G, 4G, 5G,…). Pour faire circuler les données, les équipements d’infrastructures (routeurs, antennes-relai, …) fonctionnent en continu et sont responsables de 40% de la consommation électrique mondiale du numérique. Comparés aux réseaux fixes, les réseaux mobiles sont beaucoup plus gourmands en énergie puisqu’ils consomment le double. En augmentation de 6% chaque année depuis 2016, la consommation énergétique des réseaux fixes et mobiles en France a atteint 3800 GWh en 2020. Elle pourrait même doubler d’ici 2035. Dans la mesure où l’usage de la fibre entraine quatre fois moins de consommation qu’avec l’ADSL, le remplacement de l’ensemble des câbles en cuivre pourrait apporter des gains significatifs à condition bien sûr que les usages du réseau n’augmentent pas. Ce qui ne semble pas être la tendance.
Les terminaux
Les terminaux et les objets connectés sont les premiers responsables des impacts environnementaux du numérique. Ils comprennent les ordinateurs portables, les tablettes, les smartphones, les télévisions et tous les objets qui intègrent des capteurs capables de se connecter à d’autres systèmes pour échanger des données. La fabrication de ces terminaux représente 80% de l’empreinte carbone du numérique et nécessitent beaucoup de ressources abiotiques. Pas moins de 850 kg de matières premières sont nécessaires pour la fabrication d’un PC portable de 2,5kg.
Production de déchets
75 millions de tonnes de DEEE (Déchets d’équipements électriques et électronique) sont produites chaque année dans le monde. La moyenne européenne est de 16,6kg par habitant et par an alors qu’en France ce chiffre atteint 21,5kg. Seul 30% sont collectés à l’échelle de la planète. En France 52% ont été collectés en 2017, soit 10kg sur les 21,5kg de déchets. En Europe, les techniques de recyclage progressent pour les métaux précieux tels que l’or, l’argent et le cuivre mais reste encore inefficaces pour les autres métaux présents en plus petites quantités mais beaucoup plus polluants comme le tantale.
L’effet rebond
Introduit en 1865 par l’économiste britannique William Stanley Jevons, l’effet rebond aussi appelé « paradoxe Jevons » caractérise le fait que plus les progrès technologiques améliorent l’efficacité énergétique d’une ressource, plus celle-ci est utilisée, entrainant ainsi une augmentation de la consommation totale de cette ressource. Le tableau ci-dessous illustre ce phénomène. L’amélioration de la consommation moyenne d’un véhicule n’a pas permis de diminuer les émissions de CO2 puisque dans le même temps le nombre de voitures vendues a augmenté (effet rebond « directs »). L’augmentation du pouvoir d’achat résultant des baisses de consommation de carburant peut également entrainer une hausse des émissions de CO2 sur d’autres postes (l’aviation par exemple). C’est l’effet rebond « indirect ».
Automobile entre 2005 et 2018
Consommation moyenne d’un véhicule à essence 8,8 l/100km vs 7,2 l/100kms Gain 22%
Vente annuelle de véhicules neufs dans le monde 66 millions vs 95 millions Hausse de 44%
Aviation entre 2013 et 2019
Réduction des émissions de CO2 par passager par kilomètre : 12%
Hausse des émissions carbone du secteur aérien civil : 29%
Internet mobile entre 2021 et 2025
Consommation moyenne de data en 4G par utilisateur 11,6 gigaoctets
Chaque mois, 20% des internautes consommeront 200 gigaoctets d’Internet mobile grâce à la 5G, soit 10 à 20 fois plus que lorsqu’ils utilisaient la 4G
Illustration de l’effet rebond par secteur
Bien que les performances des matériels et des applications informatiques augmentent à un rythme bien plus élevé que dans d’autres secteurs, il est illusoire de penser que la réduction des impacts du numérique se fera sans intégrer davantage de frugalité dans les usages.
Les labels du numérique
Fin 2021, l’Alliance Green IT a publié un livre blanc pour aider les organisations à valoriser leurs engagements pour un numérique plus durable et plus responsable. Ce guide propose 7 labels (label Numérique responsable, label engagé RSE, Certification B-Corp, label Lucie 26000, Positive Workplace, Label Rexcelys, label Planet RSE) ainsi que des éléments d’aide à la décision. L’intérêt de ces labels est généralement d’initier ou de concrétiser la démarche RSE d’une entreprise. En cela, ils peuvent constituer de bons leviers pour faire évoluer les pratiques. Le label Numérique Responsable est un label sectoriel qu’il est judicieux de retenir pour les métiers du numérique (dont ceux de l’IA). Il bénéficie du retour d’expériences de plusieurs années du label Lucie 26000 qui est un label associé aux entreprises engagées sur la RSE. Plus généraliste, le label Lucie est porté par le référentiel de la norme IS0 26000 (1er standard international de management de la RSE publié en 2010). Cette norme, non certifiante, propose néanmoins un guide pratique pour mettre en place une démarche de développement durable dans une logique d’amélioration continue.
Passionné d’innovation et de nouvelles technologies. J’ai travaillé plus de 25 ans dans le secteur de l’enseignement supérieur pour la formation d’ingénieurs. J’ai occupé plusieurs fonctions à commencer par enseignant-chercheur dans le domaine de la construction. J’ai ensuite prise en charge la responsabilité d’un département puis la direction d’une école d’ingénieur.
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