Analyse critique : Google, énergie électrique, et impact en équivalent carbone


Il y a quelques mois, je me suis livré à un calcul d’après un article similaire qui traitait du même sujet : http://jpmanson.unblog.fr/2011/12/12/les-megawatts-de-google/

Je renouvelle maintenant cette analyse à partir de nouvelles données qui sont résumées par les deux images ci-dessous :

Les deux images sont de Google

La différence est que l’article de Futura Sciences est plus détaillé et je vais pouvoir affiner mes calculs.

  • Pour commencer, 0,3 Wh est une quantité d’énergie équivalente à 1080 J, soit 1,08 kJ.
  • Un débit énergétique de 180 Wh par mois et par personne, c’est une puissance électrique, ça correspond à 648 kJ par mois, soit une puissance de 0,25 W.
  • Ensuite, et c’est là que ça devient intéressant : 1 minute sur Youtube équivaudrait à 8 secondes d’énergie humaine. Un homme consomme 2000 kcal par jour, soit 8380 J par jour, ça correspond à une puissance de 97 W. Et 97 W en 8 secondes, ça vaut 776 J pour 1 minutes de Youtube, ce qui correspond à une puissance de 12,93 W. Et il paraîtrait que 1 minute de Youtube équivaudrait à 0,1 g de CO2. Donc 776 J pour 0,1 g de CO2, c’est pareil que 7760 J par g de CO2 (ou 7,76 kJ/g), c’est alors égal à 341,4 kJ/mol de CO2. Retenez bien cette quantité d’énergie molaire.
  • Ensuite, il paraîtrait que 3 jours sur Youtube équivaudrait à 3 kg de CO2. Dans 3 jours, il y a 4320 minutes. Mais 3 kg de CO2 c’est 30000 fois la masse de 0,1 g de CO2. Les nombres 4320 et 30000 sont différents entre eux, il y a donc une contradiction inconciliable qui invalide l’affirmation en rouge, car ça prouve que la proportionnalité n’est pas du tout respectée. En thermodynamique et en chimie, il y a une proportionnalité empirique : la quantité d’énergie est toujours conservée, la somme des masses des réactifs est égale à la somme des masses des produits. On aurait dû donc lire que 3 jours de Youtube valent 432 g de CO2, ou que 3 kg de CO2 correspondent à 30000 minutes chez Youtube (soit plus de 8 heures).
  • Ensuite, selon Google, l’énergie électrique consommée serait équivalente à 1,5 millions de tonnes équivalent carbone pour l’an 2010. Il y a 8766 heures dans une année. Ainsi, avec une puissance de 260 MW sur une année, ça correspond à 2,28 TWh, soit 1519 kWh par tonne de CO2, soit 5,47 kJ par gramme de CO2, et donc 240,7 kJ/mol de CO2. Comparons cette énergie molaire avec les 341,4 kJ/mol de CO2 trouvés plus haut : ce n’est pas du tout pareil ! Une différence de 42%. Ça ne colle pas du tout.
  • Ensuite, 100 recherches Google à 0,3 Wh par recherche, ça fait 108 kJ (l’image dit même que 1 recherche = 1 kJ, c’est correct). Et 100 recherches Google équivaudraient à 1 heure avec un laptop de 30 W : donc 30 Wh, soit 108 kJ. Et ils disent que c’est pareil que 28 minutes avec 60 W : donc 100,8 kJ. Pourquoi pas plutôt 30 minutes au lieu de ces 28 minutes ?
  • Puis ils disent que ces 100 recherches Google sont équivalentes à 20 g de CO2 : donc 108 kJ pour 20 g c’est égal à 5,4 kJ/g, soit 237,6 kJ/mol de CO2, et là c’est cohérent avec les 240,7 kJ/mol trouvés précédemment.

Donc pour dresser un premier bilan, j’ai mis le doigt sur une grandeur physique qui donne une idée de l’impact du CO2 par rapport à l’énergie électrique.

Une quantité de 240,7 kJ/mol de CO2 ça correspond à peu près au même ordre de grandeur que la quantité de chaleur produite lors d’une réaction chimique. Et le CO2 est un gaz produit lors de combustion de carbone ou d’hydrocarbures. Mais ces 240,7 kJ/mol, ça correspond exactement à quelle réaction chimique émettrice en CO2 ?

Pour tenter de répondre à cette question, je possède ma propre base de données personnelle à propos des énergies de combustion : http://jpmanson.unblog.fr/2011/11/24/thermochimie-etude-de-gaz-combustibles/

Une grandeur proche des 240,7 kJ/mol c’est celle de la combustion du carbone : La combustion complète du charbon (carbone) dans le dioxygène est exothermique : énergie de 393,5 kJ/mol soit 32,792 MJ/kg.

Par exemple, il ne s’agit pas de CO2 issu de la combustion du méthane car la valeur pour ce dernier est de 890,6 kJ/mol.

Conclusion de l’analyse : il est assez vraisemblable que l’équivalent CO2 servant de référence par rapport à l’énergie électrique soit basé sur la quantité de chaleur molaire libérée par la combustion exothermique du carbone. Ainsi, cela contredit les dires de l’ADEME qui considère un équivalent CO2 basé sur une chaleur équivalente à l’impact de l’effet de serre par le CO2, ce qui est quantitativement différent d’une référence thermochimique d’un combustible. À ce niveau, Google, lui, se montre crédible quand il se base a priori sur l’énergie produite par la combustion du carbone (excepté avec son erreur de proportionnalité à propos de la durée et de la masse de CO2 pour le cas de l’utilisation de Youtube).

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Dans ce nouveau lien, je relève cette affirmation : «Il faudrait dépenser 3,4 Wh pour rechercher une adresse sur le Web, ce qui représenterait 0,8 gramme d’équivalent CO2»

  • 3,4 Wh pour une seule recherche ? Google, lui, avançait 0,3 Wh, soit 10 fois moins. Il y a contradiction.
  • 3,4 Wh c’est égal à 12240 J, soit 12,24 kJ.
  • Ces 12,24 kJ équivaudraient à 0,8 g de CO2, donc 15,3 kJ/g de CO2, soit 673,2 kJ/mol de CO2. Cette valeur contredit celle de l’analyse de Google. Mais c’est néanmoins une quantité d’énergie qui correspond à une réaction chimique de combustion.
  • L’effet de serre est un phénomène spectroscopique et physique qui se distingue complètement des phénomènes des réactions chimiques : les énergies ne sont pas les mêmes.

Ensuite, je poursuis l’analyse, en examinant cette affirmation : «Partant de l’estimation qu’un internaute français effectue en moyenne 2,6 recherches sur Internet par jour, l’étude conclut que chacun émet 9,9 kilos d’équivalent CO2 par an.»

  • 2,6 recherches par jour, ça fait 949 recherches par an. En reprenant les chiffres de l’ADEME : une recherche = 3,4 Wh, donc 12,24 kJ. Notons au passage que 12,24 kJ pour une recherche, c’est quantitativement beaucoup… Sachant que 1 J c’est équivalent à un travail d’une force de 1 N dont le point d’application se déplace d’un mètre dans la direction de la force, ces 12,24 kJ c’est comparable à un travail d’une force de 12240 N sur 1 mètre, c’est-à-dire que c’est pareil au soulèvement d’une masse de 1248 kg de 1 mètre du sol. Ainsi je me demande si c’est crédible… La masse d’une voiture, comme une Peugeot 307 par exemple, soulevée à 1 mètre du sol, ça équivaudrait à l’énergie mobilisée pour une seule recherche sur Google. Je suis sceptique.
  • Donc pour reprendre les chiffres : 949 recherches Google par an équivaudraient à 9,9 kg d’équivalent CO2 annuels. Donc 12,24 kJ multiplié par 949 ça donne 11620 kJ, soit 11,62 MJ. Cela correspond donc à 1174 kJ/kg de CO2, donc à 1,174 kJ/g de CO2, donc soit 51,66 kJ/mol de CO2. Ce résultat contredit les 673,2 kJ/mol trouvés plus tôt.

L’analyse continue, par l’examen de cette affirmation : «D’après l’étude, un internaute peut ainsi réduire son impact annuel de 5 kilos d’équivalent CO2, soit « 40 kilomètres en voiture ».»

  • Dans les publicités pour les voitures, on entend souvent le critère suivant : émission en CO2 de 90 g/km. Ainsi, 40 km en voiture, ça correspond à une émission de 3,6 kg. Donc 40 km parcourus en émettant 5 kg de CO2, c’est équivalent à une moyenne de 125 g de CO2 par km, donc parmi les voitures les plus émettrices en dioxyde de carbone. Cette fois, l’argument analysé est cohérent.

Bilan général : quand une étude est faite pour évaluer la consommation électrique de quelque chose, on se réfère aux unités de mesure légales, comme le Joule dans le cas de l’énergie, et le kWh concernant les débits électriques. Il est cependant inapproprié de définir un équivalent basé sur le dioxyde de carbone pour quantifier des quantités d’électricité ou de chaleur, mieux vaudrait plutôt employer des comparatifs comme par exemple la tonne-équivalent-pétrole (elle-même clairement définie comme équivalente à 41,868 GJ, soit 11,63 MWh) pour des approximations pour des valeurs importantes. La référence médiatique quasi-quotidienne au CO2 semble une façon d’influencer le public de manière subliminale pour instaurer une certaine idéologie environnementaliste. Mon analyse a montré quelques incohérences dans les chiffres. Dans des sciences comme la chimie quantitative et la thermodynamique, on se doit d’être rigoureux et précis dans les données. L’électricité n’est pas du CO2, il y a un curieux amalgame entre l’électricité et l’effet de serre. La totalité de l’électricité n’émet pas du CO2 (à l’exception des centrales thermiques, à peine 11% de l’électricité totale en France) : en clair la totalité de l’électricité ne peut pas correspondre à un rendement de 100% d’émissions de CO2, puisque 11% de l’électricité a une origine thermique (charbon, gaz…) et à cela il y a un impact moindre dû à un rendement toujours très inférieur à 100%.

Mais ce n’est pas tout-à-fait terminé. En effet, je viens de tomber sur ça : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/internet/d/google-emission-de-co2-et-tasse-de-the-histoire-dun-buzz_17963/

On y lit qu’un physicien de Harvard accuse les journalistes du Times d’avoir inventé une partie des affirmations. Je vous l’avais dit : la déontologie du journalisme est morte…

Examinons les propos du physicien de Harvard : «« Le Times nous a attribué à tort le chiffre de 7 grammes de CO2 émis par requête Google, explique le chercheur. Dans notre étude, nous nous sommes concentrés exclusivement sur l’ensemble des sites Internet et nous avons constaté, qu’en moyenne, une visite sur un site traditionnel émet 20 mg de CO2 par seconde ». »

  • En effet, 7 g par requête Google, si l’on reprend l’équivalence 1 recherche = 0,3 Wh = 1,08 kJ (selon les chiffres de Google), soit 0,2 g par recherche, puisque 100 requêtes Google (on l’a vu plus haut), ça vaudrait 20 g de CO2.
  • 20 mg de CO2 équivaut à 109,4 J ou 26,11 calories, si l’on se base sur l’énergie molaire de 240,7 kJ/mol de CO2. Et 20 mg/s c’est équivalent à une puissance électrique de 109,4 W. C’est comparable à l’énergie dépensée par un micro-ordinateur dont on tient compte le rendement. Ainsi, les propos affirmés par le physicien de Harvard sont nettement plus cohérents, ils contredisent même les chiffres des études par Google et par l’ADEME. Les journalistes, eux, sont friands de sensationnalisme apocalyptique et racontent souvent n’importe quelle ânerie, et ça devient vraiment pénible.

Enfin, pour en venir à la conclusion, ce qu’il faut retenir ce n’est pas le problème spécifique des émissions de CO2 qui provoquent l’effet de serre. Le fond du problème c’est la consommation électrique, et celle-ci produit de la chaleur par effet Joule, phénomène distinct de l’effet de serre lui-même, donc parler d’équivalent en CO2 quand il s’agit d’effet Joule c’est inadapté.

En ce qui concerne la validité des chiffres, mieux vaut se fier à ceux du physicien de Harvard. Pas aux autres.

Comme l’on parle d’effet Joule, il faudrait que je parle de quelque chose d’important. En prenant l’hypothèse que le réchauffement climatique soit provoqué par l’effet Joule du fait de la consommation d’électricité domestique et urbaine sur un siècle, j’ai constaté que c’était crédible. Une variation de température correspond à une variation du forçage radiatif en watts par mètre carré, et ensuite en considérant la densité moyenne de population en France par km² on trouve une quantité de chaleur (en mégawatts par km² et par habitant), et quand on détermine approximativement la grandeur de la chaleur émise par effet Joule par foyer sur une seule année, cela correspond presque à la consommation électrique moyenne habituelle d’un foyer (en kilowatts-heure par an et par foyer). J’ai moi-même été étonné par ce résultat.

Pour donner des détails : une augmentation thermique linéaire (pour simplifier) implique que +0,6°C par siècle équivaut à +0,006°C par an.
Ce dernier nombre implique (d’après la loi de Stefan-Boltzmann) un forçage radiatif de +0,03 W/m² annuel, soit +30 kW/km² annuel, ce qui implique 267,9 W par habitant pendant une année, et donc 2348,4 kWh par an et par habitant. Soit 4700 à 7000 kWh par foyer et par an. Cette quantité correspond à peu près à la consommation électrique annuelle par foyer.


© 2012 John Philip C. Manson

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