Cet article s’inspire des travaux de Marion Dussouillez, Nelson Nwaha et Bastien Pichon, étudiants en troisième année du cycle d’ingénieur de l’ESILV.

La blockchain, derrière l’effet de mode des cryptomonnaies telles que le Bitcoin ou l’Ethereum, est une technologie de stockage et de transmission d’informations décentralisée utile dans bien des domaines.

En ce qui concerne celui de l’énergie, la blockchain s’intègre à tous les niveaux de la chaîne, que ce soit au niveau de la production, du marché, de l’autoconsommation ou de la gestion des énergies renouvelables comme le montre le récapitulatif d’Energy Brainpool.

À première vue, la blockchain semble la technologie miracle qui donne tout le monde gagnant, mais y a-t-il une face cachée à cette révolution ?

Des calculs toujours plus complexes

La majorité des blockchains reposent sur un principe de preuve de travail. Cela revient à résoudre un problème mathématique complexe afin d’éviter les fraudes sur la chaine. Pour le résoudre, des millions de processeurs calculent sans relâche en échange d’une fraction de cryptomonnaie, on parle de mineurs.

Le problème mathématique doit être résolu sur un temps régulier. Ainsi, avec la multiplication des processeurs, le problème doit se complexifier. Cela à amener à créer des machines dédiées au minage, créant un nouveau marché parallèle aux cryptomonnaies (et souvent spécifique pour une cryptomonnaie).

Complexité (difficulté) de la résolution du problème du Bitcoin de sa création à 2016.

Il s’agit d’un cercle vicieux. Pour être rentables, les mineurs doivent être de plus en plus performants. La complexité du problème doit augmenter pour que les blocs soient validés sur une fréquence donnée. Donc les mineurs doivent être encore plus performants pour être rentables. Certaines sociétés se sont spécialisées dans la conception d’ASIC dédiée au bitcoin, avec une rentabilité (attention aux variations du Bitcoin) parfois en une année.

Un autre effet pervers du Bitcoin et des cryptomonnaies en général est la grande volatilité de leur valeur marchande. La rentabilité des ASIC dépend de la puissance donnée pour le calcul du problème mathématique et de la valeur de la monnaie.

Les mineurs étant récompensés par des jetons de la cryptomonnaie, il faut que la dépense de leur dispositif soit compensée par la valeur des gains. Bien que la rentabilité soit toujours d’actualité, un effondrement brutal des cours peut inverser la tendance.

Il est alors facile de voir la face cachée de la blockchain : une consommation énergétique en pleine explosion et une rentabilité incertaine.

Le gouffre énergétique des cryptomonnaies

Continuons sur l’exemple du Bitcoin. Karl O’Dwyer avait publié en juin 2014 un papier montrant l’empreinte énergétique du Bitcoin. Son analyse a déterminer à partir de la complexité la consommation énergétique du Bitcoin représentait autant que la consommation nationale d’Irlande. Il existe des milliers d’autres cryptomonnaies ou d’utilisation de la blockchain.

Le Bitcoin est de loin la plus consommatrice, mais l’Ethereum (10 TWH par an, autant que la Lituanie), le Ripple, le Litecoin ou le Dash sont des monnaies en pleine croissance demandant toujours plus d’énergie.

Si l’on prend les valeurs de complexité de ce lundi 8 janvier 2018, le Bitcoin se rapproche des 40TWh par an se rapprochant de la consommation de la Hongrie, pour un total de 336 KWh par transaction.

Si l’on compte en termes de nombre de foyers – d’après la moyenne Américaine – cela représente la consommation journalière de 11.3 foyers par transaction. Si l’on parle d’empreinte carbone, une transaction produit 165 kg de CO2.

Équivalent énergétique d’une année de consommation énergétique pour le Bitcoin d’après les chiffres du 6 janvier 2018, convertie par l’EPA Equivalencies Calculator

Bien que le minage prenne part à la valorisation des cryptomonnaies, certaines alternatives permettent de réduire drastiquement l’empreinte énergétique de la technologie. La preuve d’enjeu ne demande pas la résolution d’un problème mathématique complexe, mais une preuve de participation dans la cryptomonnaie.

Certaines cryptomonnaies fonctionnent par preuve d’enjeu comme le Peercoin ou prochainement les monnaies Etherium.

Une autre solution se situe du côté des mineurs. La plupart des ASIC et CPU sont obsolètes (et parfois à perte pour leur utilisateur). L’estimation de l’empreinte énergétique effectuée par Karl O’Dwyer possède un facteur d’erreur de x100.

Cela signifie que si les mineurs possédaient les meilleures technologies de 2014, alors la consommation énergétique du Bitcoin serait divisée par 100.

Étude de la consommation énergétique des principaux CPU et ASIC en 2014 par Karl O’Dwyer

C’est pourquoi les ASIC sont préférables aux CPU, leur utilité étant uniquement le minage d’une blockchain, leur performance énergétique sont bien meilleurs à un bidouillage fait maison.

De plus, toute cette puissance de calcul crée un fort dégagement de chaleur. Cette énergie calorifique est réutilisable à d’autres taches comme le chauffage d’une pièce ou de l’eau.

Une amélioration de la taille des blocs du bitcoin permettrait de réduire leur nombre par jour. Bien que le nombre d’utilisateurs de Bitcoin ait explosé, atteignant 11,5 millions de comptes avec plus de 1$ de valeur en 2016, le nombre de blocs généré a pour but de rester fixe, privilégiant alors les grosses transactions et laissant le reste en attente.

Le Bitcoin est devenu un marché de spéculation, l’augmentation de la taille des blocs (proposition SegWit) aura donc un impact sur la consommation sans toucher à son utilisation.

Entre croissance économique et écologie

De nombreuses études récentes, notamment par Alex De Vries, pointent du doigt l’énorme impact énergétique des cryptomonnaies.

Entre engouement économique, fièvre du marché et effet de mode, les blockchains prennent de plus en plus d’ampleur sans dévoiler leur côté noir.

Dans un monde prenant conscience de notre impact environnemental, les technologies du numérique et leur utilisation nous cachent bien souvent des côtés sombres : haute consommation énergétique, surutilisation des métaux rares, disruptions économique et social.