La 5G soulève de nombreuses questions, notamment sur les ondes et la consommation énergétique. Si l’ANFR a récemment fait le point sur le premier sujet, l’Arcep revient sur le second volet avec une analyse prospective jusqu’en 2028. Les premiers effets positifs de la 5G pourraient arriver dès 2023.
L'Autorité de régulation des communications électroniques, des postes et de la distribution de la presse (Arcep) a publié une étude (et une foire aux questions) sur la 5G et l’empreinte environnementale des réseaux.
Il en ressort qu’avec « le déploiement de la 5G, les gains en efficacité énergétique dans les zones plus densément peuplées sont effectifs à partir de 2023 et manifestes à horizon 2028 ». Les gains sont par contre « nettement plus modestes en zones moins denses ».
Dans tous les cas, ils dépendent fortement de plusieurs facteurs, notamment la hausse du trafic qui jouera un rôle prépondérant. Un changement de ±5 points par rapport aux 30 % annuels pris comme base pour les calculs peut complètement changer la donne.
4G vs 5G, de quoi parle-t-on ?
La 5G est une réalité en France depuis plus d’un an, avec un déploiement bien différent selon les opérateurs. Cette nouvelle technologie est arrivée avec une nouvelle bande de fréquence – les 3,5 GHz – mais peut aussi être déployée sur d’autres bandes utilisées par la 4G, avec des conséquences sur les débits.
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Free Mobile par exemple a fait le choix de réutiliser massivement les 700 MHz afin de proposer le logo « 5G » à une large partie de la population. L’opérateur déploie aussi dans les 3,5 GHz où le débit est supérieur, du fait d’un spectre disponible bien plus large. Les trois autres misent sur les 2 100 MHz, en complément des 3,5 GHz.
Cette distinction des fréquences est importante pour appréhender l’étude de l’Arcep sur la consommation des déploiements 4G vs 5G. Deux situations sont prise en compte, à chaque fois sur une même zone géographique :
- 4G : on considère les différentes bandes de fréquences déployées en France et leur évolution technologique.
- 5G : la bande 3,5 GHz ou la réutilisation de fréquences utilisées précédemment par la 4G sont considérées.
Dans le cadre de son étude, le régulateur précise que « la 5G dans la bande 3,5 GHz est donc évaluée quand déployée pour des raisons essentiellement capacitaires, pour couvrir des poches de trafic ainsi que notamment pour se conformer à des considérations règlementaires ». À l’avenir, les opérateurs pourront « également déployer la 5G pour d’autres objectifs ».
Oui, la 5G apporte des améliorations énergétiques
Voici sans tarder les grandes lignes de la conclusion : pour le régulateur, « le gain énergétique du scénario 4G+5G par rapport au scénario 4G seule est plus important dans les types de déploiement à forte densité de trafic […] alors qu’il est plus faible voire nul pour les types de déploiement à faible densité de trafic ».
L’Arcep donne des chiffres tangibles pour appuyer ses dires, à commencer par le ratio de l’efficacité énergétique du scénario 4G+5G par rapport à la 4G seule : « après une dégradation momentanée de l’efficacité énergétique à la suite de l’introduction de la 5G, le ratio d’efficacité énergétique revient à l’équilibre et l’efficacité du scénario 4G+5G dépasse au fur et à mesure de l’augmentation du trafic celle du scénario 4G seule ».
La bascule s’opère entre 2022 et 2023 pour les zones à fortes capacités, alors qu’il faudra attendre au moins 2024/2025 pour les autres. Une chose semble sûre : d’ici 2028, le ratio énergétique de la 4G combinée à la 5G sera supérieur à celui de la 4G seule, quels que soient la zone et le scénario.
Le graphique présente aussi le ratio de l’efficacité énergétique de la seule 5G (toujours dans un scénario où la 4G et la 5G coexistent) par rapport à l’efficacité énergétique de la 4G seule. Le but est de démontrer « le potentiel de la bande 3,5 GHz pour améliorer l’efficacité énergétique ». Le résultat est là encore sans appel : après une baisse les deux premières années, la 5G permet d’améliorer le ratio énergétique dès 2024/2025.
GES : la valeure ajoutée de la 5G
L’Arcep ajoute que son étude permet de mettre en lumière « la valeur ajoutée de la 5G ». Sa mise en œuvre est donc « nécessaire pour maîtriser la consommation électrique et les émissions de GES [les gaz à effet de serre, ndlr] associées ».
Certes la 5G engendre une augmentation de la consommation énergétique durant les premières années de son déploiement, mais elle permet dans l’ensemble « d’économiser en cumul à horizon 2028 entre 3 et plus de 10 fois la consommation énergétique réalisée en 2020 par rapport à une densification via la 4G seule ». Seule exception : un des scénarios dans les zones moins denses (type « C2 », voir page 5 de ce document).
En termes d’impact carbone aussi la densification des réseaux mobiles via la 5G présente des avantages : elle « permet d’éviter pour tous les types de déploiement hormis le type C2 en cumul à horizon 2028 entre 2 et plus de 8 fois le volume d’émissions GES de 2020 par rapport à une densification 4G seule ».
L’importance du trafic dans les calculs
Le gendarme des télécoms précise que son étude ne prend pas en compte certains facteurs qui pourraient améliorer encore l’efficacité énergétique de la 5G par rapport à la 4G : « activation de fonctionnalités avancées de mise en veille des réseaux ainsi que les leviers qui permettent d’améliorer l’efficacité énergétique en augmentant les performances en débit (largeur de bande, systèmes AAS avec un ordre MIMO importants) ».
Au-delà de la densité des zones et des technologies qui pourraient arriver, il existe un autre facteur primordial à considérer lorsqu’il s’agit de mesurer la consommation des équipements : la croissance de trafic. Dans l’étude, la valeur de base est de 30 % de croissance par an, mais le régulateur propose aussi une analyse avec 25 % et 35 % de croissance par an afin de voir la différence.
Le résultat est sans appel : si l'on prend 25 % de croissance par an, cela « entraine une baisse des gains (consommations évitées) de l’ordre de 38 % et 48 % » dans les zones les plus denses. Dans les zones moins denses, la situation bascule : le gain « devient légèrement négatif ». Suivant les scénarios, l’augmentation de la consommation de 0,25 à 1,7 fois « la consommation d’un site 4G (2020) ».
A contrario, « une variation à la hausse du taux de croissance de trafic de +5 % par rapport au cas de base (c’est-à-dire 35 % au lieu de 30 %) entraine une hausse des gains (consommations évitées) de l’ordre de 23 % à 54 % » dans les zones denses. Dans les zones moins denses, « il redevient même positif alors qu’il affichait un bilan quasi-équilibré dans le cas de base ».
« On identifie par ailleurs la même variation en ce qui concerne le gain en termes d’émission de GES en phase d’usage ». Bref, plus le trafic est important, plus la 5G permettra de réaliser des économies face à la 4G… dans le même temps, la 5G propose plus de capacité et ouvre la voie à de nouveaux usages, augmentant ainsi le trafic, etc.
L’Arcep prend donc bien soin de préciser que son étude est valable pour une croissance annuelle de 30 % du trafic et qu’elle « n’inclut pas l’effet d’accélération de cette croissance due au gain technologique de la 5G, dit "effet rebond" », c’est-à-dire « l’augmentation de consommation liée à la réduction des limites à l’utilisation d’une technologie », rappelle Wikipédia.
Éclairer le débat et préparer le terrain pour les 26 GHz
Le but de cette étude est « d’éclairer le débat sur la consommation énergétique de la 5G, et d’autre part d’identifier des leviers d’action pour intégrer l’enjeu environnemental aux prochaines attributions des fréquences de la bande 26 GHz », qui seront proposées aux opérateurs dans un second temps.
À ce sujet, le régulateur publie un compte-rendu de son atelier sur la question de « Comment intégrer l’enjeu environnemental dans les attributions de fréquences de la bande 26 GHZ (qui accueillera la 5G) ». Voici le résumé :
« Les participants ont partagé le constat qu’un déploiement localisé et ciblé des réseaux utilisant cette bande de fréquence semble le plus à même d’éviter un foisonnement d’équipements.
Certains contributeurs se sont prononcés en faveur d’une restriction de cette bande de fréquences à certains usages, sans susciter une adhésion complète : la capacité à laisser émerger des usages innovants, eux-mêmes susceptibles de contribuer à des gains en matière d’impact environnemental, a été particulièrement citée en contrepoint.
Le poids de « l’effet rebond » sur la quantité de données utilisées par chacun, ainsi qu’un effet d’appel d’air sur le renouvellement des terminaux, ont été cités parmi les indicateurs à prendre en compte ».
Les premiers projets sur les 26 GHz ont été lancés il y a plus de deux ans maintenant. Fin décembre 2021, Laure de la Raudière rappelait que, dans le cadre des licences 5G sur les 26 GHz à venir, « le gouvernement nous a demandé d‘intégrer la composante environnementale […] C’est une première au monde, ce n’est pas forcément une réflexion très facile ».
