Empreinte écologique 5G et environnement

L’attention croissante pour le changement climatique a conduit à une gestion plus responsable de la consommation d’énergie et des émissions de CO2 qui l’accompagne. Les nouvelles applications numériques rendues possibles par la 5G joueront un rôle important dans la réalisation de la neutralité climatique.

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Vers une transformation durable et numérique

L’attention croissante pour le changement climatique a conduit à une gestion plus responsable de la consommation d’énergie et des émissions de CO2 qui l’accompagne. Plusieurs initiatives ont été lancées à l’échelon international, comme l’Accord de Paris sur le climat 2016 et le Pacte vert (ou Green Deal) européen. Ce dernier s’est fixé pour objectif de réduire de moitié les émissions de CO2 dans l’Union européenne à l’horizon 2030, et même d’atteindre la neutralité climatique en 2050.


Selon la Commission européenne, les nouvelles applications numériques rendues possibles par la 5G joueront un rôle important dans la réalisation de cet objectif :

  • d’une part, elles contribueront à prendre les décisions durables adéquates pour lutter contre le changement climatique et protéger l’environnement ;
  • d’autre part, elles constituent des outils importants pour accroître l’activité économique en Europe (lire aussi : 5G et économie).

Les transitions durables et numériques vont de pair et se renforcent mutuellement. Certains parlent d’ailleurs de « transitions jumelles ».

Les nouvelles applications numériques feront appel à de nouvelles technologies numériques comme l’intelligence artificielle, le cloud, les big data, l’Internet des Objets (appareils reliés les uns avec les autres par connexion Internet et qui échangent de données) et la 5G. Avec deux conséquences :

  • La connectivité apportée par la 5G permet de suivre des processus de près et de les rectifier instantanément. Il est ainsi possible d’analyser des données en temps réel et de les utiliser par exemple pour réduire la consommation d’énergie. Les possibilités sont légion dans différents secteurs comme l’agriculture, le transport, l’énergie et l’industrie.
  • Le recours croissant à ces technologies numériques va augmenter l’impact du secteur numérique proprement dit sur l’environnement.

Il est donc important que le secteur numérique aussi assume ses responsabilités en matière d’environnement. Ces mêmes conséquences s’observent pour la 5G : d’une part, elle aide à rendre d’autres acteurs plus respectueux de l’environnement (impact indirect) ; d’autre part, elle va également consommer de l’énergie (impact direct).

En mars 2022, l’Organe des régulateurs européens des communications électroniques (ORECE) a publié une étude sur l’impact des communications électroniques sur l’environnement. Cette étude traitement notamment des émissions de gaz à effet de serre causées par les réseaux de télécommunications, ainsi que de l’impact sur les ressources naturelles. L’une des principales conclusions est qu’il y a un manque de données uniformes afin d’obtenir une image claire de l’impact actuel et des évolutions possibles. L’étude aborde également les initiatives prises par les régulateurs et les opérateurs de télécommunications afin de réduire les émissions et l’impact sur l’environnement.

Impact direct de la 5G sur l’environnement

Déchets électroniques

En général, la production d'appareils a un impact considérable sur l’environnement. Cette étude évalue quantitativement les impacts des technologies numériques sur l’environnement : elle réalise l’inventaire du stock d’équipements numériques en usage en Europe en 2019 et évalue leur impact environnemental sur l’ensemble de leur cycle de vie : la fabrication, la distribution, l’utilisation et la fin de vie. L’étude a pris en considération 12 impacts sur l’environnement ou indicateurs, allant du réchauffement climatique à la consommation d’énergie primaire ou bien encore l’acidification de l’eau et du sol etc. Les chercheurs concluent que ce n’est pas l’utilisation de son appareil qui a le plus d’impact, mais bien la production de nouveaux. Les impacts viennent principalement des appareils des utilisateurs et non des centres informatiques ou des réseaux eux-mêmes : les terminaux utilisateurs (ordinateurs portables, téléphones, écrans, téléviseurs, imprimantes, etc.) sont ceux qui ont le plus d’impact, entre 54 % et 90 %, selon l’indicateur.

Le régulateur français des télécoms (Arcep) et l’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) sont arrivés à des conclusions similaires. Le 19 janvier 2022, les deux organisations ont publié les premiers résultats de leur étude sur l’impact environnemental de la technologie numérique. Elles ont utilisé dans ce cadre la méthodologie de l’analyse du cycle de vie. L’impact environnemental de la technologie numérique a été analysé à toutes les phases (production, distribution, utilisation et fin de la durée de vie) du cycle de vie des équipements à l’aide de l’empreinte CO2 et de 11 autres indicateurs environnementaux. Tant les terminaux que les réseaux et les centres de données ont été examinés. Il ressort de l’analyse que les terminaux (et notamment les écrans et les télévisions) sont responsables de 65 à 90 % de l’impact environnemental, selon l’indicateur environnemental considéré, et que cet impact est le plus élevé lors de la phase de fabrication. Ce rapport constitue une première étape au sein d’un projet à plus long terme, mais il confirme déjà les éléments suivants :

  • La nécessité de collecter plus de connaissances et de données sur les effets environnementaux et de disposer de données fiables pour affiner la modélisation ;
  • La nécessité de réagir à l’impact environnemental des équipements et du matériel (prolongation de la durée de vie des équipements numériques, possibilité de réparation, réutilisation, etc.) ;
  • La nécessité d’impliquer toutes les parties prenantes afin d’évoluer vers une utilisation et un développement plus écologiques des services numériques.

Les appareils électroniques défectueux ou obsolètes qui sont jetés sont appelés déchets électroniques, e-déchets ou déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE). Les appareils électroniques contiennent des métaux rares qui ne sont pas toujours produits dans le cadre de méthodes d’extraction durables. Quand ces appareils sont jetés, ces matériaux rares sont perdus. C’est pourquoi des mesures sont prises pour :

  • Allonger la durée de vie des appareils
  • Recycler les matériaux.

Dans cette étude, le European Environmental Bureau (EEB) a analysé le coût climatique des smartphones. L’allongement d’un an de la durée de vie des smartphones dans l’UE permettrait d’économiser en émissions l’équivalent de 2 millions de voitures. Soit près de la moitié du parc automobile belge. Il serait notamment possible d’allonger la durée de vie des smartphones en investissant davantage dans la réparation et la réutilisation (reconditionnement) des appareils défectueux. Les chargeurs usagés représentent par exemple 11 000 tonnes de déchets électroniques par an. Dans la lutte contre les déchets électroniques, la Commission européenne a donc décidé de rendre obligatoires les chargeurs universels pour tous les appareils. Les opérateurs de télécommunications aussi investissent de plus en plus dans l’économie circulaire, qui consiste à réutiliser ou recycler le plus grand nombre possible d’équipements.

La 5G est une technologie nouvelle et tous les appareils 4G existants ne seront pas compatibles avec la 5G. Simultanément, nous pouvons constater que les smartphones de dernière génération sont compatibles avec la 5G. Ceux qui possèdent encore un appareil plus âgé et veulent utiliser la 5G devront donc acheter un nouveau téléphone. On s'attend à ce que la 4G devrait rester disponible jusqu’en 2030 et que la plupart des utilisateurs continuent à utiliser leurs appareils existants jusqu’à la fin de leur durée de vie. La transition vers la 5G ne produira donc pas immédiatement des déchets électroniques supplémentaires.

Consommation de données accrue

Les réseaux 5G sont plus performants que les réseaux 4G. Ils présentent des caractéristiques spécifiques comme :

  • Un throughput ou débit de données plus élevé (10 à 100x plus élevé que la 4G)
  • Une latence plus faible de 1 ms ou milliseconde (retard dans le transfert de données ; la latence dépend du réseau et de la distance entre l’émetteur et le récepteur)
  • La possibilité de connecter un plus grand nombre d’appareils

Ces qualités favoriseront une prolifération de nouvelles applications basées sur la technologie 5G. On s’attend ainsi à ce que plus de 12 milliards d’appareils mobiles soient connectés à l’Internet des Objets (voir les études de GSMA et Cisco) d’ici 2025. La consommation de données va ainsi exploser. Selon une étude de Capgemini (à la demande de l’IBPT), la consommation de données en Belgique va augmenter d’un facteur 40 d’ici 2040.

Mais quel est l’impact de ce trafic de données supplémentaire ? Selon une étude de la CEDelft, les données non sollicitées (comme les publicités ou le suivi des utilisateurs) émettent entre 3 et 4 mégatonnes (ou Mt) de CO2 par an. Soit l’équivalent d’environ 4 millions de voitures. Selon The Shift Project (un think tank français spécialisé dans la transition carbone), l’augmentation spectaculaire de la consommation d’énergie ne pourra pas être compensée par une amélioration de l’efficacité énergétique. La solution ? La sobriété numérique. Mettre un terme à l’augmentation de la consommation de données par une gestion plus responsable de données et en n’utilisant que les données dont on a effectivement besoin.

Équipement 5G

La 5G exige un équipement complexe. Son principal impact environnemental est la consommation d’énergie du réseau 5G proprement dit et plus spécifiquement la consommation d’énergie des équipements d’émission. Les antennes se composent d’une station de base et d’une partie radio qui émet le signal. Mais le réseau de fibre de verre sur laquelle l’équipement émetteur est raccordé consomme également de l’énergie. Depuis le début du développement de la 5G, on accorde par conséquent énormément d’attention à l’efficacité énergétique de ce nouvel équipement.

Plusieurs études (Nokia, Deutsche Umwelt Bundesamt) révèlent que l’équipement utilisé par le réseau 5G consomme jusqu’à 90 % d’énergie en moins par bit envoyé que les appareils actuels du réseau 4G. Cette faible consommation d’énergie s’obtient par le déploiement de logiciels intelligents qui désactivent les éléments inutilisés du réseau et optimisent l’utilisation de l’infrastructure (plus d’infos dans cette étude d’Ericsson).

Consommation d’énergie totale

On s’attend cependant à ce que la consommation d’énergie totale ne baisse pas, et puisse même augmenter. C’est ce que l’on appelle l’effet rebond : quand la consommation totale d’énergie baisse à peine en dépit du fait que l’équipement proprement dit consomme beaucoup moins d’énergie. Il en va de même quand on ajoute une bande de circulation à une autoroute. Dans un premier temps, les embouteillages vont diminuer, mais l’augmentation du trafic que cela va générer va peu à peu provoquer le retour des embouteillages (parfois plus longs qu’avant). Dans la littérature, on trouve de nombreuses études contradictoires sur la consommation d’énergie totale à la suite de l’introduction de la 5G.

Les études suivantes donnent de plus amples informations sur les prévisions actuelles :

  • Une étude du Haut Conseil pour le Climat français créé à l’initiative d’Emmanuel Macron prévoit une augmentation de la consommation d’énergie de 18 à 44 % en 2030. L’Université de Zurich a comparé la consommation d’énergie de la 2G-4G en 2020 à la consommation d’énergie de la 5G en 2030. Les scientifiques tablent sur une hausse d’environ 10 %, pour un trafic de données qui va augmenter d’un facteur 6. Axon a mené la même étude pour le marché belge et attend également une augmentation de la consommation d’énergie d’environ 10 % pour 2030.
  • L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime pour sa part que la hausse sera plutôt limitée. Elle renvoie notamment à l’évolution en cours dans les grands centres de données où la consommation d’énergie est restée stable alors que la capacité de calcul et de stockage n’a cessé d’augmenter ces dernières années. On s’attendait pourtant à ce que la consommation d’énergie de ces centres de données explose en 2020. Mais grâce aux efforts du secteur, ce scénario ne s’est pas réalisé. L’AIE prévoit la même trajectoire pour les opérateurs de télécommunications.

Il subsiste de nombreuses incertitudes sur la consommation d’énergie qu’apportera la 5G. Il est toutefois très probable que la consommation d’énergie ne va guère baisser par rapport au niveau actuel. De plus, le réseau 4G restera opérationnel au cours des années à venir et coexistera donc avec le réseau 5G. Ce maintien d’une double infrastructure va accroître la consommation d’énergie.

Origine de l’énergie

Les réseaux 5G ont toujours besoin d’énergie. Les opérateurs de télécommunications peuvent cependant choisir de produire l’énergie dont elles ont besoin à partir de sources durables comme l’éolien, l’hydraulique ou le solaire afin de réduire leurs émissions nettes. Plusieurs entreprises des télécommunications européennes y travaillent déjà. En 2020, 26 entreprises informatiques et de télécommunications européennes ont fondé la Coalition européenne du numérique vert. Cette coalition veut soutenir l’UE dans ses efforts en s’engageant à atteindre la neutralité climatique en 2040. En outre, il est important qu’un opérateur ne cherche pas uniquement à atteindre la neutralité climatique (qui peut être obtenue en achetant de l’énergie verte), mais tente également de réduire autant que possible sa consommation d’énergie.

Consommation d’énergie dans la production

Un appareil consomme de l’énergie quand il est utilisé (phase opérationnelle), mais aussi quand il est fabriqué (production).

  • La production de l’équipement de réseau (comme les antennes) représente environ 20 % de l’énergie totale dont aura besoin l’appareil sur l’ensemble de sa durée de vie.
  • Dans le cas des appareils utilisés par le consommateur (comme les smartphones), le rapport s’inverse. Leur production représente environ 80 % de l’énergie totale dont aura besoin l’appareil sur sa durée de vie. Ce phénomène s’explique en grande partie par l’utilisation intensive de matières premières rares. Il est donc crucial d’allonger la durée de vie de ces appareils.

Impact indirect de la 5G sur l’environnement

Effet catalyseur

La 5G permettra d’optimiser le processus de production et donc de réduire la consommation d’énergie dans d’autres secteurs. Elle jouera dès lors un rôle fondamental de catalyseur d’applications plus sobres en énergie dans les autres secteurs. C’est ce que nous appelons l’effet catalyseur ou de ricochet. Cet impact positif a été notamment confirmé dans des études de GSMA, Analysys Mason et Ericsson. Selon plusieurs études, les économies d’émissions de CO2 rendues possibles par les réseaux 5G dépasseront les émissions de CO2 des réseaux proprement dits. Selon Global e-Sustainability Initiative, elles seraient cinq fois plus élevées. Une étude de l’Université de Zurich arrive même à un facteur 10 (dans un scénario très optimiste).

Il est très difficile d’estimer l’effet exact de la 5G sur d’autres secteurs. Outre une compréhension approfondie de la 5G et des applications numériques, cela nécessite aussi une vision précise des secteurs verticaux (verticals) qui utiliseront la 5G. Il n’existe actuellement pas de métrique ou de standard à même de mesurer l’effet catalyseur. La Commission européenne travaille beaucoup sur ces estimations et métriques, mais remarque que l’exercice est délicat.

4G et 5G

Le régulateur français des télécoms (Arcep) a publié le 14 janvier 2022 une étude dans laquelle la consommation énergétique engendrée par le réseau 4G combiné au déploiement de la 5G dans la bande 3,5 GHz a été examinée afin de prévoir une capacité supplémentaire. Ce scénario a été comparé à la consommation énergétique d’un réseau 4G seul, auquel de la capacité a éventuellement été ajoutée par le biais de stations de base supplémentaires par exemple. Il ressort de l’étude que l’introduction de la 5G entraîne d’abord une augmentation (limitée) de la consommation énergétique par rapport à la 4G seule. Toutefois, après 2 à 5 ans, selon le fait qu’il s’agisse d’une zone rurale ou urbaine, la consommation d’énergie de la combinaison 4G+5G devient plus faible que celle de la 4G seule. En 2028, l’efficacité énergétique de la 4G+5G dans une zone densément peuplée est même 3x plus élevée que celle de la 4G seule. Une économie équivalente à 10 fois celle de 2020 est ainsi réalisée sur la consommation énergétique. Cette étude montre clairement que l’introduction de la 5G est nécessaire pourpeut aider à réduire la consommation énergétique en cas de demande de capacité de données croissante.

En outre, si le réseau 5G n’était pas déployé, le réseau 4G ne serait pas capable de transporter toutes les données supplémentaires nécessaires aux nouvelles applications numériques. Cela entraverait la croissance numérique et le développement de nouvelles applications qui permettent de gérer intelligemment l’énergie et l’environnement. La 4G présente donc un effet catalyseur inférieur à la 5G.