Blockchain, Bitcoin et énergie : Couple fusionnel ?

Blockchain, Bitcoin et Énergie, les interactions entre ces différents concepts sont multiples et soulèvent de nombreuses et légitimes questions.

En effet, les processus informatiques mis en œuvre dans la création de Bitcoins sont extrêmement énergivores. La quantité d’énergie pour miner du Bitcoin sur une année est estimée à l’équivalent de la consommation électrique de l’Argentine (121 TWh) selon une étude récente de l’université de Cambridge.

Un outil d’estimation a été mis en place, le Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index, qui, selon le coût de l’électricité choisi, donne une estimation de la consommation d’électricité induite par la création de Bitcoins dans le monde.

Il s’agit d’une estimation, mais dont les premiers résultats donnent clairement le tournis. À l’ère de la transition énergétique, cela constitue un obstacle à l’atteinte des objectifs de réduction des émissions de CO₂. Tout cela dépend de la source de production d’électricité utilisée, me diriez-vous ? Eh bien vous auriez raison.

La question n’est effectivement pas si simple et mérite réflexion. Les innovations technologiques apportées par la technologie de Blockchain représentent également une source sans limites d’améliorations. Elles constituent une alternative au système actuel en ce qui concerne de nombreux processus.

Comme a pu le dire Peter Drucker en 1954 : « L’innovation systématique requiert la volonté de considérer le changement comme une opportunité ». C’est exactement à ce titre qu’il faut mener des travaux de recherche concernant les applications possibles de ces technologies.

Nous verrons donc dans un premier temps les principes et fondements de la technologie de Blockchain de manière simplifiée. Nous pourrons ensuite essayer d’évaluer l’impact de ces innovations sur le secteur de l’énergie avec une meilleure compréhension des enjeux.

Principes et fonctionnement de la technologie de Blockchain

L’architecture du projet

Il existe un rapport, le n°1092 de l’Office Parlementaire d’Évaluation des Choix Scientifiques et Technologiques (OPECST) qui définit la Blockchain comme étant « des technologies de stockage et de transmission d’informations, permettant la constitution de registres répliqués et distribués, sans organe central de contrôle, sécurisées grâce à la cryptographie et structurées par des blocs liés les uns aux autres, à intervalles de temps réguliers. »

C’est une définition très complète qui nous donne beaucoup d’informations. Si l’on veut la simplifier, nous pouvons dire qu’il s’agit d’un système capable d’enregistrer des échanges d’informations (des transactions) de manière sûre et infalsifiable, de les vérifier, sans organe de contrôle central, et tout cela de manière décentralisée.

Ce système se constitue d’un réseau de différents participants. Le principe est d’imaginer un registre dans lequel figurent toutes les informations concernant l’ensemble des transactions. Il n’existe pas un seul registre détenu par un organe central. Ce registre est copié sur tous les ordinateurs de la chaîne de blocs de manière décentralisée.

Ainsi, pour valider une transaction, il faut que les éléments constitutifs de la transaction soient identiques dans tous les registres. C’est ainsi qu’un processus de vérification et de validation se fait par l’ensemble des membres de la blockchain. Ce qui le rend infalsifiable et décentralisé, passant par des échanges d’informations cryptées et vérifiées automatiquement par l’ensemble des participants au réseau de blocs.

Nous insistons sur le caractère décentralisé de cette technologie, car il est au cœur des algorithmes qui la constituent. C’est d’ailleurs l’un des facteurs explicatifs de la grande consommation d’énergie de cette méthode, comme nous allons le voir.

Ainsi, pour garantir l’authenticité d’une transaction, nous avons vu que chaque participant doit valider un certain nombre d’informations. Lorsque tous les membres ont donné leurs validations, alors la transaction est réalisée. On dit que le bloc intègre la chaîne.

Les fondements de la Blockchain

Pour rendre ce procédé possible, les systèmes de blockchain utilisent ce qu’on appelle « le hash ». Le « hash » est un procédé cryptographique qui permet de réduire l’ensemble des données contenues dans le bloc (la transaction) à une suite limitée de chiffres et de lettres. De cette façon, le contenu de la transaction est crypté.

Le participant à la blockchain, ce qu’on pourrait appeler un « mineur », contribue à sa vérification et renvoie une réponse. Ce procédé informatique nécessite une grande puissance de calcul afin de pouvoir traiter une quantité de données considérables. Les besoins en termes de capacité de calcul sont donc fonction croissante de la demande de cryptomonnaie.

C’est la raison pour laquelle, aujourd’hui par exemple, miner un Bitcoin prend beaucoup plus de temps que miner une nouvelle cryptomonnaie. Nous voyons ici se dessiner un processus linéaire : plus la démocratisation sera forte et plus la demande suivra également. Fournir cette puissance de calcul a un coût électrique et contribue à la hausse de la demande.

Quels sont les types de blockchain ?

Il existe plusieurs types de blockchains : publiques, de consortium ou privées. Les blockchains publiques attirent beaucoup de mineurs et contribuent à une hausse probable des indicateurs cités précédemment.

La technologie de blockchain est un sujet à la frontière de beaucoup de domaines : cryptographie, informatique, mathématiques et ses nombreuses applications. Cependant, nous disposons maintenant des connaissances de base pour pouvoir appréhender ses applications dans l’énergie.

La création de cryptomonnaie représente-t-elle une menace pour l’environnement et la transition énergétique ?

Le Proof of Work

Si l’on veut comprendre l’impact global de la Blockchain, il faut se pencher sur la création de cryptomonnaie. L’algorithme du processus de validation des transactions est appelé « Proof of Work » ou preuve de travail.

Pour comprendre cet algorithme, prenons pour exemple le réseau de blocs du Bitcoin. Au sein de ce réseau, tous les mineurs sont en réalité en compétition pour résoudre ces problèmes cryptographiques.

La difficulté est calibrée automatiquement pour que toutes les 10 min, une transaction soit validée par l’un des mineurs. Autrement dit, tous les mineurs effectuent leur « travail » de calcul en résolvant des équations mathématiques à difficultés variables. Seulement l’un d’entre eux est récompensé par la création d’un Bitcoin à son compte (wallet).

Comme nous l’avons vu, plus la capacité de calcul est importante et plus la création de cryptomonnaie sera possible. C’est pour cette raison que nous avons constaté l’apparition de grands centres de calcul dédiés. On en trouve en Chine, en Islande ou encore en Israël. Ces fermes de minage sont extrêmement gourmandes en électricité.

Il est raisonnable de considérer que ce genre de processus va à l’encontre du principe de sobriété énergétique urgent aujourd’hui. Nous pouvons néanmoins imaginer qu’un processus consommateur d’électricité soit un minimum « soutenable » à condition d’être adossé à une production d’énergie qui ne soit pas émettrice de CO₂. Malheureusement, cela dépend fortement du mix énergétique de ce pays.

Une activité énergivore ?

Les quantités d’électricité sont colossales, comme vous pouvez le constater sur ce graphique :

Des pays comme la Chine, les États-Unis, la Russie ou encore le Kazakhstan sont très présents dans le domaine du minage de cryptomonnaie, et si l’on se concentre sur la Chine, les trois quarts de son mix électrique sont d’origine fossile. Difficile de croire que ce processus, dans ces conditions, nous permet de prendre le virage nécessaire de la transition énergétique.

Ces données inquiètent et créent des tensions politiques. À ce propos, au Royaume-Uni, l’ancien parlementaire Nick Boles demande l’interdiction pure et simple du Bitcoin. Il pointe lui aussi le gaspillage électrique dans le processus de création de Bitcoins.

Cette intervention vient s’ajouter à une longue liste de déclarations de responsables politiques sur le sujet, bien souvent inquiétantes mais parfois aussi sans réelle compréhension du sujet, il faut le souligner tant il est complexe.

En tout cas, il est difficile de croire de prime abord que ce genre de processus en l’état peut favoriser la transition énergétique, et il soulève dans tous les cas la question des choix politiques de production d’électricité au niveau de la société toute entière. Il s’agit là d’un choix de modèle de production, bien plus large que celui des cryptomonnaies.

Comment ces nouvelles technologies peuvent-elles s’appliquer au secteur de l’énergie de manière bénéfique et durable ?

Quelles évolutions sont envisageables ?

Comme nous venons de le voir, grâce à son fonctionnement et sa structure technique, le minage de cryptomonnaie représente un risque en termes de demande en électricité. Mais il s’avère que les technologies de Blockchain sont en constante évolution à l’heure où nous écrivons ces lignes. Et il est théoriquement possible de réduire considérablement l’empreinte écologique des processus de création de cryptomonnaies.

Le modèle du Proof of Work que vous avez vu en deuxième partie est extrêmement énergivore, cependant un autre algorithme a été développé : la Proof of Stake, créée en réponse aux défauts du système précédent. Il s’agit d’une méthodologie plus récente. La première cryptomonnaie à utiliser la Proof of Stake était le Peercoin, créé en 2012.

La grande différence entre ces deux modèles réside dans la détermination des « gagnants » de la transaction et dans la méthode de rémunération de ces derniers. Le gagnant est le mineur qui remporte la compétition dans le cas d’une Proof of Work. Dans le cas d’une Proof of Stake, les utilisateurs doivent posséder un certain nombre de tokens d’une cryptomonnaie.

La méthode de rémunération est également différente. En échange, l’utilisateur touche une partie des frais de transactions. En conclusion, la course à la puissance installée maximale afin d’augmenter la production de cryptomonnaie n’est plus nécessaire, la puissance de calcul n’entrant plus en jeu. C’est l’un des grands avantages du modèle Proof of Stake et un changement qui nous permet d’espérer une application durable des technologies de Blockchain en tenant compte des enjeux environnementaux qui vont rythmer le 21ᵉ siècle.

Nous pouvons à ce titre évoquer la cryptomonnaie Ethereum (ETH), qui est l’une des plus importantes échangées à ce jour, et qui a décidé de passer sous ce nouveau modèle de validation des blocs. C’est un signal positif compte tenu de la notoriété et de l’importance de cette cryptomonnaie dans le monde. Un exemple bientôt suivi ?

Il existe également d’autres motifs d’espoir concernant cette innovation. Un certain nombre de projets sont à l’étude actuellement, nous pouvons citer à ce titre quelques exemples d’applications au monde de l’énergie :

• La certification d’information : comme annoncé en introduction, la simplification du processus de certification d’origine de production renouvelable, ou de la propriété de certificat de compensation carbone, est un enjeu d’avenir important.
• Le développement de réseaux de mobilité électrique : la blockchain peut contribuer au développement de la mobilité électrique, favorisant par exemple la mise en place de paiements et la réalisation de transactions. Le partage entre particuliers pourrait s’adosser sur une solution blockchain pour la sécurisation des transactions, rendant une forme d’économie circulaire possible.

Le projet Oslo 2 Rome : un exemple concret en application

Nous pouvons notamment citer le projet Oslo 2 Rome, qui correspond à l’application concrète d’une technologie de blockchain dans le monde de l’énergie. À partir de l’année 2017, le groupe EDF a investi dans la blockchain avec le projet Oslo2Rome qui constitue une solution d’itinérance de la charge pour les véhicules électriques.

En conclusion, nous pourrions dire, à la lumière de ces explications, que le mariage entre ces nouvelles technologies et le secteur de l’énergie fut dans un premier temps difficile. Puis, au fur et à mesure des innovations et évolutions des processus, cette relation peut évoluer vers un modèle plus durable et vertueux pour la planète.

Reste à savoir si cette technologie arrivera à maturité en même temps que l’évolution du regard que peuvent porter les responsables politiques vers cette technologie. Et si les évolutions de mix énergétiques, qui sont au cœur de cette problématique, peuvent également aider à « verdir » la production de cryptomonnaie et autres usages de Blockchain dans les années à venir.