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Comment réduire l’empreinte carbone du numérique ?

Comment le Bitcoin pourrait réduire ses émissions

James Bowers, Rédacteur en chef de Polytechnique Insights
Le 22 septembre 2021 |
5 mins de lecture
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Comment le Bitcoin pourrait réduire ses émissions
Jean-Paul Delahaye
Jean-Paul Delahaye
mathématicien et professeur émérite de l'Université de Lille
En bref
  • D'une valeur de 0 $ à l'origine, chaque bitcoin vaut aujourd'hui 43,144 $ (le 21 septembre 2021), avec une capitalisation de 800 milliards de dollars, soit ~44 % de la valeur de toutes les crypto-monnaies.
  • La libération et la circulation des bitcoins sont assurées par un réseau d'ordinateurs qui fonctionne sans autorité centrale (réseau peer-to-peer).
  • Dans un processus appelé « minage », le bitcoin utilise un protocol appelé proof-of-work, qui implique une importante dépense d'électricité, où les mineurs peuvent gagner ~270 000 dollars (le 21 séptembre 2021).
  • Jean-Paul Delahaye estime la consommation énergétique du bitcoin à 31 TWh/an, soit l'équivalent de quatre réacteurs nucléaires.
  • Pour réduire cette consommation d'énergie, le réseau pourrait s'éloigner d'un protocole de preuve de travail – comme ceux utilisés par d'autres cryptomonnaies – mais il est peu probable que cela se produise car les détenteurs de bitcoins sont peu motivés.

Depuis les débuts du réseau Bit­coin en jan­vi­er 2009, les jetons (« tokens ») émis par le réseau (les bit­coins), n’ont cessé de pren­dre de la valeur, pas­sant de 0 à 43,144 dol­lars (au 21 sep­tem­bre 2021). On dénom­bre aujourd’hui plus de 10 000 cryp­tomon­naies, mais le bit­coin demeure la plus impor­tante, avec une cap­i­tal­i­sa­tion de 800 mil­liards de dol­lars – soit 44 % de la cap­i­tal­i­sa­tion de toutes les cryp­tomon­naies. La valeur du jeton est cepen­dant extrême­ment volatile, et rien ne garan­tit qu’elle con­tin­uera à aug­menter ; cer­tains écon­o­mistes, comme le prix Nobel d’é­conomie Jean Tirole, con­sid­èrent ain­si qu’il s’agit d’une bulle sur le point d’éclater1.

Jean-Paul Dela­haye, math­é­mati­cien et pro­fesseur d’in­for­ma­tique, a suivi de près l’ex­plo­sion des cryp­tomon­naies au cours de la dernière décen­nie. Pour lui, l’énorme con­som­ma­tion énergé­tique du bit­coin est absurde, parce qu’elle serait unique­ment due à des erreurs de con­cep­tion dans le pro­to­cole de fonc­tion­nement du réseau. Des solu­tions à ces prob­lèmes ont depuis été trou­vées et mis­es en œuvre par d’autres pro­jets de cryp­tomon­naies, et seule une spécu­la­tion mal­saine per­me­t­trait d’expliquer la per­sis­tance d’un cours du bit­coin aus­si élevé.

Vous êtes un expert du bit­coin, pou­vez-vous rapi­de­ment nous expli­quer son fonctionnement ?

Jean-Paul Dela­haye. L’émission et la cir­cu­la­tion des bit­coins sont gérées par un réseau d’or­di­na­teurs qui fonc­tionne de façon décen­tral­isée (réseau peer-to-peer). Ce réseau a été conçu par une ou plusieurs per­son­nes dont l’i­den­tité est encore incon­nue, mais qui agis­sent sous le pseu­do­nyme de Satoshi Nakamo­to. Chaque ordi­na­teur du réseau détient une copie de la « blockchain », un fichi­er réca­pit­u­lant l’ensemble des infor­ma­tions sur le con­tenu de tous les comptes bit­coins et de toutes les trans­ac­tions effec­tuées sur le réseau.

Pour encour­ager de nou­veaux ordi­na­teurs à par­ticiper à la ges­tion du réseau bit­coin, une récom­pense est dis­tribuée toutes les 10 min­utes à l’un d’eux, grâce à la créa­tion ex-nihi­lo de nou­veaux jetons. Cette récom­pense – qui était de 50 bit­coins au début, puis de 25, de 12,5, et désor­mais de 6,25 (soit 270 000 dol­lars au 21 sep­tem­bre 2021) – est attribuée au gag­nant d’un con­cours de cal­cul, appelé « preuve de tra­vail » (proof of work). Nous con­nais­sons ce proces­sus sous le nom de « minage », et c’est juste­ment ce proces­sus qui implique une impor­tante dépense d’élec­tric­ité. Les ordi­na­teurs qui ten­tent de rem­porter le prix sont appelés « mineurs de bitcoins ».

Cette con­som­ma­tion d’énergie est prob­lé­ma­tique pour deux raisons. D’abord parce qu’elle est dev­enue énorme avec le temps, mais égale­ment parce qu’elle est inutile : il existe d’autres méth­odes d’at­tri­bu­tion de la prime, comme la « preuve d’en­jeu » (proof of stake), qui ne néces­si­tent pas de fortes dépens­es énergétiques.

Quelles sont vos esti­ma­tions sur la con­som­ma­tion d’én­ergie actuelle du réseau Bitcoin ?

Nous pou­vons estimer la puis­sance cumulée de tous les mineurs avec pré­ci­sion car le temps moyen de minage d’un bloc en dépend2. Cet été, cela s’élevait à 120x1018 hashs par sec­onde (1 hash = 1 cal­cul de la fonc­tion SHA2563). Aujour­d’hui, la meilleure machine pour cal­culer des hashs est l’Ant­min­er S19 Pro, capa­ble de cal­culer 110 Ter­a­Hashs par sec­onde, pour une puis­sance élec­trique de 3 250 W4. Si l’on sup­pose que tous les mineurs de Bit­coin utilisent cet out­il (ce qui est bien sûr très opti­miste, car il existe encore de nom­breux out­ils de minage néces­si­tant davan­tage d’élec­tric­ité par hachage), un sim­ple cal­cul peut nous indi­quer com­bi­en de TWh/an le réseau Bit­coin consomme :

Ce résul­tat est con­forme aux esti­ma­tions de Digi­con­o­mist (34 TWh/an)5 et du Cam­bridge Bit­coin Ener­gy Con­sump­tion Index (31,7 TWh/an)6. Il ne peut être inférieur, et ceux qui le con­tes­tent ne sont pas sérieux. Par con­séquent, chaque année, le réseau Bit­coin utilise (au moins) autant d’élec­tric­ité que celle pro­duite par qua­tre réac­teurs nucléaires en un an, et (au moins) autant que toutes les éoli­ennes de France. Ce n’est pas une hypothèse, c’est une certitude !

Il faut égale­ment soulign­er que ce chiffre est obtenu sans pren­dre en compte la con­som­ma­tion énergé­tique des mineurs les plus anciens (qui sont moins effi­caces), du refroidisse­ment des machines dans les fer­mes de minage et de la pro­duc­tion des ordi­na­teurs. Tout cela sig­ni­fie que nous devri­ons dou­bler ou même tripler l’es­ti­ma­tion minimale !

La Chine a récem­ment inter­dit le minage de bit­coin sur son ter­ri­toire. Pourquoi cette déci­sion, et quelles en seront les conséquences ?

Jusqu’à très récem­ment, la Chine con­cen­trait près de 60 % des cen­tres de minage de bit­coins, notam­ment parce que son élec­tric­ité était bon marché. Cepen­dant, le gou­verne­ment chi­nois a presque totale­ment inter­dit cette pra­tique. Il y a plusieurs expli­ca­tions à cela, l’une d’en­tre elles étant que la Chine ne veut pas que ses citoyens ou ses entre­pris­es utilisent des cryp­tomon­naies pour con­cur­rencer le yuan ou pour blanchir de l’ar­gent. Une autre expli­ca­tion se trou­ve dans l’objectif de réduire des émis­sions de CO2 du pays, mis à mal par la forte con­som­ma­tion d’électricité du minage. Aujour­d’hui, l’én­ergie util­isée pour min­er du bit­coin n’est pas du tout verte. Les mineurs n’y ont pas d’in­térêt par­ti­c­uli­er. Ce qui leur importe, c’est de pay­er le kWh le moins cher pos­si­ble – ils se moquent de savoir si cette énergie est renou­ve­lable ou non.

C’est pour cette rai­son que les cen­tres de minage ont été incités à se déplac­er vers d’autres pays, où les prix de l’élec­tric­ité sont suff­isam­ment bas pour rester renta­bles. En France ou en Alle­magne, par exem­ple, l’élec­tric­ité est trop coû­teuse (de l’or­dre de 0,15 à 0,20 $ par kWh). Aux États-Unis ou au Cana­da, ces prix sont, au con­traire, beau­coup plus abor­d­ables (env­i­ron 0,03–0,05 $ par kWh dans cer­tains cas). Aux États-Unis, au Cana­da et en Islande, les bar­rages hydroélec­triques per­me­t­tent de faire baiss­er le prix de l’électricité, et les fer­mes de minage de bit­coins sont par con­séquent sou­vent con­stru­ites à prox­im­ité. D’ailleurs, lorsque le prix du bit­coin aug­mente, cela peut même avoir pour effet de faire rou­vrir d’an­ci­ennes cen­trales élec­triques au char­bon !7

Il est impor­tant de com­pren­dre que plus le prix du bit­coin aug­mente, plus les mineurs sont prêts à pay­er pour min­er. Donc si le prix du bit­coin aug­men­tait d’un fac­teur 20 (ce qui est un min­i­mum pour qu’il puisse con­cur­rencer le dol­lar ou l’euro), alors l’élec­tric­ité allouée au réseau bit­coin serait elle aus­si sus­cep­ti­ble d’augmenter d’un fac­teur 20. Il n’y aura jamais plus de 21 mil­lions de bit­coins en cir­cu­la­tion (cette lim­ite est inscrite dans le pro­to­cole de base du réseau), et la valeur disponible en bit­coins ne peut donc aug­menter que si le prix du jeton aug­mente. Je ne pense pas que la con­som­ma­tion d’én­ergie du bit­coin puisse être mul­ti­pliée par 20 sans que les gou­verne­ments ne s’en mêlent et n’instaurent des régle­men­ta­tions. De plus, si la demande des mineurs était mul­ti­pliée par 20, le prix de l’électricité aug­menterait de façon con­séquente pour tout le monde, ce qui ne serait tout sim­ple­ment pas accept­able. Je pense plutôt que, petit à petit, les cryp­tomon­naies util­isant de meilleurs pro­to­coles vont pren­dre le dessus. Et en réal­ité, c’est déjà le cas : l’im­por­tance rel­a­tive du bit­coin dimin­ue, pas­sant de 68,2% il y a un an à 44% aujour­d’hui. Même les spécu­la­teurs qui déti­en­nent du bit­coin se ren­dent pro­gres­sive­ment compte qu’il est con­damné à moyen terme et qu’ils devraient pari­er ailleurs !

1https://​www​.lese​chos​.fr/​2​0​1​7​/​1​1​/​p​o​u​r​-​j​e​a​n​-​t​i​r​o​l​e​-​l​e​-​b​i​t​c​o​i​n​-​n​a​-​a​u​c​u​n​e​-​v​a​l​e​u​r​-​i​n​t​r​i​n​s​e​q​u​e​-​1​86742
2https://​www​.blockchain​.com/​c​h​a​r​t​s​/​h​a​s​h​-rate
3https://fr.wikipedia.org/wiki/SHA‑2
4https://​www​.asicmin​er​val​ue​.com/​m​i​n​e​r​s​/​b​i​tmain
5https://​digi​con​o​mist​.net/​b​i​t​c​o​i​n​-​e​n​e​r​g​y​-​c​o​n​s​u​m​ption
6https://​cbe​ci​.org/
7https://korii.slate.fr/tech/bitcoin-minage-redonne-vie-vieilles-centrales-%20polluting-coal-gas-environment