Optimiser l’énergie des smartphones pour réduire l’impact du numérique et éviter l’épuisement des ressources naturelles

Posted on by Olivier PHILIPPOT
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Cet article a été rédigé en 2021. Depuis, nos recherches nous ont amené à revoir les impacts environnementaux mentionnés ici. Par exemple, nous considérons désormais que l’empreinte de fabrication d’un smartphone est de 52 kg CO2e. L’approche présentée reste toutefois entièrement valable.

Introduction

La durée de vie d’un smartphone est en moyenne de 33 mois à l’échelle mondiale. Sachant qu’un smartphone contient plus de 60 matériaux, dont des terres rares et que son empreinte carbone est située entre 27 et 38 kg eqCO2, le rythme actuel de remplacement des smartphones est trop rapide.

Différentes raisons peuvent expliquer ce rythme de renouvellement. La perte d’autonomie et les problèmes batterie en sont les raisons principales (smartphone : un changement sur trois à cause de la batterie). Augmenter la capacité des batteries est une solution qui semble intéressante mais qui ne résoudrait pas le problème. En effet, les données échangées continuent à augmenter et cela a un impact sur la puissance des smartphones. Les sites web sont toujours aussi lourds, voir de plus en plus lourds… Alors est-ce un problème irrésolvable ? Quel est le lien entre l’autonomie concrète que nous vivons à titre personnel et ce constat sur l’impact du numérique ?  

Méthodologie

Nous sommes partis d’une analyse via le biais de la consommation web. En effet, les mobinautes passent en moyenne 4,2h par jour à naviguer sur le web.

Lors d’une précédente étude sur l’impact des navigateurs web Android, nous avons mesuré la consommation de 7 sites web différents sur plusieurs applications de navigation web et ce depuis un smartphone milieu de gamme, un Samsung Galaxy S7. Cela nous permet de projeter cette consommation sur une consommation mondiale et d’appliquer des hypothèses d’optimisation pour identifier les marges de manœuvre. 

Même si les incertitudes sont élevées (diversité de mobile, diversité d’usage…), cette action nous permet d’identifier les marges de manœuvre pour améliorer le cycle de vie des smartphones. Le choix du Galaxy S7 permet d’avoir un smartphone proche (à 1 an près) de l’âge moyen des smartphones mondiaux (18 mois).

Quelle est la consommation annuelle de la navigation web sur mobile ? 

Voici nos hypothèses de départ : 

La consommation annuelle des smartphones estimée est de 2 774 milliards d’ampères-heures. Pas très concret ? Si l’on considère qu’une batterie moyenne de 3000 mAh peut effectuer 500 cycles de charges/décharges complets avant de commencer à être inutilisable et que1 850 millions de batterie sont utilisées chaque année pour naviguer sur le web. Ce chiffre vous parait exagéré ? Il y a 5,66 milliards de smartphones dans le monde, cela correspondrait à un problème qui toucherait 36% du parc mondial chaque année. Si l’on considère que 39% des utilisateurs vont changer leur smartphone pour des raisons de batterie et qu’uniquement 26% des utilisateurs vont remplacer les batteries en cas d’usure, on obtient le chiffre de 1 200 millions de batteries, ce qui corrobore nos chiffres. Pas incohérent au final, quand on observe les cycles de renouvellement des téléphones et de batterie. 

Est-ce que réduire la consommation des navigateurs aurait un impact ? 

Les navigateurs web sont des moteurs importants dans la consommation du web. Nos mesures montrent des différences importantes de consommation d’énergie entre les navigateurs. Ces différences s’expliquent par des implémentations et des performances hétérogènes. Dans le graphique suivant, la consommation de la navigation sur 7 sites, incluant le lancement du navigateur, l’usage de fonctionnalité comme l’écriture d’URL et la navigation elle-même est visualisée.

Nous partons sur une hypothèse des éditeurs optimisant les navigateurs. En considérant une consommation hypothétique de tous les navigateurs égale à celle du plus sobre (Firefox Focus), on obtient une réduction de la consommation totale annuelle qui permet, avec les mêmes hypothèses sur la durée de vie, d’économiser 400 millions de batteries par an. Sachant qu’il se vend 1 500 millions de smartphones par an, en prenant les mêmes hypothèses que précédemment sur les taux de remplacement et de réparation, cela ferait une économie de 7% du parc de téléphone vendu chaque année.  

Est-ce que réduire la consommation des sites aurait un impact ? 

Il est également possible que les sites web soient beaucoup plus sobres. Nous avons pris l’hypothèse d’une consommation proche de celle de Wikipédia. De notre point de vue, pour avoir audité et mesuré de nombreux sites, c’est possible mais en engageant des actions importantes : optimisation des fonctionnalités, réduction des publicités et du tracking, optimisation technique…    

Voici pour exemple la représentation de la consommation d’énergie du site l’Equipe. On voit que le chargement va consommer jusqu’à 3 fois la consommation de référence. La marge d’optimisation est énorme dans ce cas précis sachant que de nombreux sites arrivent à un facteur inférieur à x2. 

Dans le cas d’une sobriété des sites web, en prenant les mêmes hypothèses et méthodes de calcul que pour la sobriété des navigateurs, on pourrait économiser 294 millions de batteries par an, soit réduire le renouvellement du parc annuellement de 5%. 

Est-ce que réduire la consommation de l’OS est possible et aurait un impact ? 

La question sur l’impact du matériel et de l’OS se pose souvent. Pour prendre en compte cet impact nous avons plusieurs données à notre disposition. Une donnée importante est la consommation de référence du smartphone. C’est la consommation du matériel et de l’OS. Pour le Galaxy S7, cette consommation est de 50µAh/s.  

En prenant les mêmes hypothèses que celles prises pour calculer la consommation totale (2 774 Milliard Ah), la consommation annuelle attribuée à la part matérielle et OS serait de 1 268 milliards d’ampère-heure soit 45% de la consommation totale.  

Est-ce donc le plateau de verre de l’optimisation ? Non pas vraiment car il existe beaucoup de pistes d’optimisation envisageables : Android lui-même par exemple. Nous avons réalisé une expérimentation qui montre qu’il est possible de réduire de façon importante la consommation des fonctionnalités Android. Les surcouches des constructeurs sont aussi une piste de réduction de la consommation. 

Selon notre expérience, nous estimons qu’une réduction de 5% de la consommation est totalement possible. Ceci permettrait d’économiser 350 millions de batteries soit 6% du parc. 

Quels gains environnementaux espérer ? 

L’application de la sobriété numérique à différents niveaux permettrait de réduire de plus de la moitié le nombre mondial de batteries usées par an. 

Même dans l’hypothèse où les utilisateurs ne renouvellent pas systématiquement leurs smartphones pour des raisons de perte d’autonomie ou remplacent uniquement leur batterie usée, on pourrait réduire de 17% le renouvellement annuel de smartphone. 

Dans le meilleur des cas, si l’on projette que la plupart des utilisateurs remplaceront leur batterie, les gains potentiels seraient de 2 millions de T eqCO2. Mais les gains pourraient être beaucoup plus importants si l’on considère que les pratiques de remplacement ne changent pas assez vite et que les utilisateurs changent les smartphones plutôt que les batteries : 47 millions de TeqCO2. 

En étant optimiste sur une augmentation des capacités des batteries, une non-augmentation de l’impact des logiciels, et un impact non augmenté des plus grosses batteries, le nombre de batteries utilisées pourrait être divisé par deux, de la même manière l’impact environnemental par deux. Mais est-ce encore suffisant ? Plutôt aller sur une augmentation de la capacité des batteries et une diminution de la consommation d’énergie et alors obtenir un gain de 4 sur l’impact en multipliant la capacité par deux ! 

L’énergie sur smartphone, des petites gouttes mais un impact au final énorme 

Nous avons l’impression que l’énergie est illimitée, il suffit juste de recharger notre smartphone. Néanmoins, même si l’énergie était illimitée et sans impact, les batteries elles, sont des consommables. Plus nous les utilisons, plus nous les usons et plus nous utilisons des ressources non-renouvelables comme des terres rares, sans compter les autres coûts environnementaux, sociaux et géopolitiques. Nous pouvons attendre des évolutions technologiques pour améliorer les capacités et améliorer la remplaçabilité des batteries, cependant les puits d’économies sont gigantesques. Le remplacement des batteries n’est en effet pas la solution miracle car même si on prolonge la durée de vie du smartphone, la batterie est à jeter ou à recycler, et le recyclage du Lithium n’est pas encore assuré (P.57). Gigantesque car nous utilisons nos smartphones de nombreuses heures. Gigantesques car nous sommes des milliards d’utilisateurs.  

L’exercice que nous avons réalisé est totalement prospectif, il faudrait que tous les éditeurs de navigateurs intègrent la sobriété, que tous les sites soient éco-conçus. Cela montre cependant que l’optimisation de l’énergie des applications et des sites web a un sens dans l’empreinte environnementale du numérique. Certains voyant uniquement l’énergie du rechargement négligent cet aspect. Cependant on le voit dans cette projection, les gains environnementaux sont beaucoup plus importants. 

Ce chiffre est important et en même temps faible : 47 Millions de Teq CO2 pour le monde, c’est 6% de l’empreinte française. Cependant, le CO2 n’est pas l’unique métrique à regarder. Autre problématique par exemple non négligeable : la pénurie de Lithium en 2025 mais aussi l’eau.

A tout cela, il faudrait ajouter des problématiques associées aux nouvelles pratiques et nouveaux matériaux : 

… la filière évolue sans cesse, pour répondre à des enjeux tantôt commerciaux, tantôt économiques, tantôt réglementaires. L’exemple de la batterie illustre bien cette tendance. Alors que l’on s’était familiarisé avec les batteries lithium-ion « classiques » qui contiennent principalement du lithium, du carbone, du fluor, du phosphore, du cobalt, du manganèse et de l’aluminium, de nouveaux modèles sont apparus, d’abord les batteries lithium-ion-polymère puis les batteries lithium-métal-polymère. Le cortège métallique possible, déjà conséquent, a donc été considérablement augmenté ; avec le fer, le vanadium, le manganèse, le nickel mais aussi des terres rares (cérium, lanthane, néodyme et praséodyme).

Association SystExt (Systèmes extractifs et Environnements)  https://www.systext.org/node/968 

En prenant en compte les problématiques environnementales, sociales et géopolitiques qu’impliquent les batteries, la division par 2 du nombre de batteries utilisées n’est vraiment pas suffisante ! Cela veut dire que les puits d’optimisations doivent maintenant être activés. Et si l’on veut atteindre des objectifs ambitieux, tous les acteurs, constructeurs, éditeurs d’OS et de navigateurs, acteurs du numérique… ont leur part de travail. Continuer à incanter des réductions magiques issues des technologies, à dire que l’énergie ne doit pas être optimisée, à reporter la faute à d’autres acteurs ou d’autres secteurs, expliquer que se focaliser sur les usages est une erreur… ne fait que décaler le problème. Il est nécessaire de tous se retrousser les manches et de résoudre le problème dès maintenant !