Avril 2023
sommaire
Responsabilité & Environnement
Transitions énergétique et numérique
Ce numéro a été coordonné
par Olivier APPERT et Richard LAVERGNE
N° 110
Préface
Par Gérard ROUCAIROL
Président du pôle Numérique de l’Académie des technologies et président honoraire de l’Académie des technologies
Introduction
Par Olivier APPERT, Richard LAVERGNE
Conseil général de l’Économie
Vers des besoins croissants en électricité et en numérique
Why data is vital to build a better energy future for the world
Par Dr Fatih BIROL
Executive Director of the International Energy Agency
In this contribution, Dr. Fatih Birol, Executive Director of the International Energy Agency (IEA), highlights how data is essential to understand and map progress in clean energy transition, to bring down global greenhouse gas emissions, achieve key international Sustainable Development Goals on universal access to modern energy and ensure energy security worldwide. The article depicts how the IEA produces, maintains and continuously improves essential datasets, indicators and data-based projections to help countries navigate this challenge.
Consommation énergétique des usages du numérique en France
Par Michel SCHMITT
Ingénieur général des Mines, membre du Conseil général de l’Économie
En 2018, le Conseil général de l’Économie avait évalué à 35 750 GWh la consommation électrique résultant des usages du numérique en France, laquelle était en net retrait par rapport au chiffre de la précédente étude de 2008. Ce même rapport a anticipé cette consommation, à usages similaires, à un niveau de 31 843 GWh en 2030. À la lumière des deux dernières éditions (2020 et 2022) du Baromètre du numérique, nous analysons dans cet article les tendances observées depuis 2018, comparons les données anticipées à l’époque pour 2022 avec les données actuelles et mettons à jour les prévisions 2030. En particulier, le confinement a modifié les comportements, avec le retour en force des ordinateurs et tablettes lors des périodes de télétravail.
Autonomie stratégique comparée dans l’énergie et le numérique
Par Grégoire POSTEL-VINAY
Conseil général de l’Économie
Les situations des trois plus grands blocs mondiaux divergent, s’agissant de l’autonomie énergétique : les États-Unis sont devenus exportateurs, la Chine est dépendante pour environ 21 % de sa consommation primaire, l’Union l’est pour 57 %, et ce chiffre s’aggrave depuis vingt ans, et la France pour 44 %. Un effort majeur est requis tant de l’Union que de notre pays pour améliorer ces chiffres, ce qui implique, entre autres, une inversion de tendance pour le nucléaire. Pour le numérique, la situation de dépendance de l’UE s’est encore accrue, en particulier vis-à-vis des États-Unis. Une prise de conscience, aggravée par les crises récentes, conduit à des inflexions majeures. Dans les deux cas, l’ordre de grandeur des investissements privés et publics requis est le billion d’euros sur la décennie. De même, de nouvelles compétences sont nécessaires, ainsi qu’une planification de long terme. Enfin, les efforts à conduire sont étroitement liés entre les deux domaines.
Comment l’Europe s’organise-t-elle pour assurer la convergence des efforts en faveur des transitions verte et numérique ?
Par Valérie DREZET-HUMEZ
Cheffe de la Représentation de la Commission européenne en France
Réussir la double transition verte et numérique constitue un défi majeur pour l’Union européenne. Dans son dernier rapport de prospective stratégique sur « le couplage des transitions verte et numérique », la Commission européenne souligne le fait que la mise en oeuvre des deux transitions précitées doit être coordonnée et cohérente, afin d’identifier les opportunités, les arbitrages et les compromis à faire entre ces deux ambitions. Pour ce faire, elle recense dix domaines d’action clés pour accroître les synergies, tout en réduisant les risques potentiels qui découlent de ce couplage. Opérer les changements nécessaires au service d’une transition durable et numérique permettra de faire émerger une nouvelle économie régénératrice et neutre pour le climat. La Commission européenne est engagée et déterminée à faire avancer l’Europe sur la voie de cette double transition, tout en conjuguant cette orientation avec ses valeurs démocratiques et de justice sociale, et ce au bénéfice de l’ensemble des citoyens et des territoires.
Énergie et numérique : se préparer à un autre combat
Par Jean-Pierre HAUET
Président du Comité scientifique d’Équilibre des énergies
Le numérique est, aujourd’hui, souvent montré du doigt en tant que consommateur effréné d’énergie électrique. Pourtant, des progrès considérables ont été accomplis, mais l’extension des services offerts, l’effet rebond et les excès de quelques applications gloutonnes font que les consommations continueront probablement d’augmenter à l’avenir. Il est de l’intérêt général de contenir ces consommations, tout en les décarbonant. Mais il faut aussi s’intéresser à leur cause première, c’est-à-dire à l’efficacité même de l’électronique comme moyen de traiter des bits d’informations. On s’aperçoit alors que l’électronique est un processus particulièrement inefficace sur le plan de la thermodynamique, mais qu’il existe aussi des voies de progrès en la matière qui pourraient constituer une véritable révolution, comme l’a été l’arrivée des LED dans le domaine de l’éclairage. C’est le défi posé à la spintronique qui se propose de piloter les électrons non seulement par leur charge électrique, mais aussi par leur spin. C’est un domaine dans lequel la France dispose de bons atouts, qu’il faut préserver et dont il faut tirer parti.
Les technologies du numérique font à la fois partie du problème et de la solution en matière environnementale
Par Patrice GEOFFRON
LEDa, Université Paris-Dauphine, Université PSL, IRD, CNRS
Le débat relatif à l’impact environnemental du numérique présente un degré de complexité qui ne peut être approché à la seule observation de la progression de son poids dans les émissions de CO2 ou les consommations électriques. Des travaux récents permettent de mieux appréhender ses effets induits, en établissant notamment dans quel sens les usages du numérique influencent la trajectoire des émissions des États ou agissent sur des cobénéfices de l’action climatique (comme la qualité de l’air). En outre, ces analyses devront être resituées dans le prolongement de la crise sanitaire (et du développement des activités socio-économiques « à distance »), ainsi que dans celui de la crise énergétique (qui implique une optimisation de systèmes gagnant en complexité du fait d’un développement accéléré des renouvelables, des efforts d’efficacité…). Ces travaux débouchent sur un constat contrasté de l’impact environnemental du numérique (qui, toutefois, n’invalide pas l’impératif de l’effort de sobriété).
Quid après les lois de Moore et de Koomey ?
Par Vincent MAZAURIC
Principal Scientist, Schneider Electric
Alexia AUFFÈVES
Directrice de recherche au CNRS, directrice du laboratoire international MajuLab du CNRS et cofondatrice de la Quantum Energy Initiative
Olivier EZRATTY
Consultant, auteur et cofondateur de la Quantum Energy Initiative
et Sergio CILIBERTO
Directeur de recherche au CNRS, École normale supérieure de Lyon
Pendant près de cinquante ans, les lois de Moore et de Koomey ont caractérisé les progrès continus des performances computationnelles des microprocesseurs, et accompagné – voire fondé – l’exceptionnelle croissance de l’industrie du semi-conducteur. Ainsi, les ordinateurs sont devenus de plus en plus petits et de moins en moins coûteux, tout en étant de plus en plus rapides et puissants, alimentant ainsi un perpétuel « effet rebond » du secteur des technologies de l’information et de la communication (TIC) qui n’est toujours pas arrivé à « satiété » ! Néanmoins, les fabricants de microprocesseurs se heurtent, depuis quelques années, aux limites physiques des hypothèses qui avaient permis de conjecturer la loi de Koomey. Si bien que l’avenir de l’industrie des semiconducteurs, et plus généralement du secteur des TIC, doit désormais se construire au-delà de la loi de Moore. Dans le même temps, la massification actuelle a conduit à identifier le secteur des TIC comme étant largement intensif en énergie électrique, et donc fortement émissif en CO2, mais aussi extractif en matériaux critiques, alors qu’il était perçu comme « immatériel » il y a encore quelques années de cela. Pour envisager le rôle que peuvent jouer les technologies de l’information et de la communication en tant que réponse aux enjeux du développement durable, il faut donc relativiser le concept de performance computationnelle et revenir au lien entre information et énergie, qui a été énoncé, y compris dans le contexte digital, bien avant la loi de Moore. Les lois de Moore et de Koomey n’apparaissent alors que comme des « sentiers » conjoncturels menant à la maturité thermodynamique, qui est mesurée par une tendance vers la réversibilité. Afin que le « data deluge » ne se transforme pas en « mur de l’énergie », d’autres paradigmes devront être envisagés pour accompagner les futurs défis à relever par un secteur des technologies de l’information et de la communication engagé sur la voie de la soutenabilité.
La décarbonation de l’économie dans le contexte de nouveaux modèles
Le numérique, une solution sous-utilisée pour répondre aux défis de la gestion des systèmes électriques
Par Étienne BEEKER
Conseiller scientifique à France Stratégie
La crise ukrainienne a révélé la double fragilité du système électrique européen : une très forte exposition au gaz et à la Russie, son fournisseur principal, mais aussi une sous-capacité en moyens de production pilotables. Cette crise, qui ne concerne que l’Europe, est à mettre sur le compte de l’aventurisme de la politique énergétique européenne qui a voulu mettre en place à marche forcée un nouveau système basé sur les EnR intermittentes, conduisant à se débarrasser trop rapidement de l’ancien système et à oublier les impératifs de sécurité d’approvisionnement et de compétitivité. De nombreux moyens de production pilotables ont ainsi été fermés, sans songer à compenser le déficit de flexibilité qui en a résulté. L’usage du numérique pourrait le combler. Mais bien que les technologies correspondantes soient matures, elles restent notoirement sous utilisées, à l’instar de Linky en France, qui est pourtant pratiquement déployé sur tout le territoire et est conçu pour piloter la demande d’électricité.
La place du numérique dans la transition énergétique
Par Gilles GUÉRASSIMOFF
Professeur à l’École des Mines de Paris au Centre de mathématiques appliquées (CMA)
La transition énergétique est sur tous les fronts pour oeuvrer à la limitation des effets du changement climatique. Le numérique est un candidat qui semble tout désigné pour contribuer à l’aboutissement de cette transition, vu l’adéquation entre l’urgence climatique et le dynamisme du développement du secteur. Pour tenter d’évaluer la place du numérique dans la transition énergétique, il est important de définir en premier lieu le périmètre de la notion de numérique. Ensuite, il est nécessaire de quantifier son impact énergétique pour évaluer les applications qui seront bénéfiques à cette transition. Enfin, il ne faut pas occulter les risques et les limites de son déploiement. Quelques exemples sont évoqués pour illustrer les domaines privilégiés de son application.
Le rôle de la flexibilité dans le système électrique d’aujourd’hui et de demain
Par Alain BURTIN
Responsable des activités Management d’énergies au sein de la R&D du groupe EDF
L’électricité ne se stocke pas. Il faut la produire, la transporter et la distribuer quand on en a besoin. Il faut pour cela disposer de marges et de leviers de flexibilité afin d’assurer l’ajustement physique de l’offre et de la demande d’électricité à chaque instant, en respectant des critères prédéfinis de sécurité et de fiabilité des réseaux électriques. La décarbonation des mix électriques avec le développement massif des EnR modifie en profondeur les fondamentaux d’exploitation des systèmes électriques, dont les besoins de flexibilité augmentent pour pouvoir gérer la variabilité des EnR, tandis que les principales sources de flexibilité constituées par les centrales conventionnelles se réduisent. Dans cet article, nous abordons la montée des enjeux de flexibilité dans le système électrique d’aujourd’hui et les leviers actionnés pour y répondre, les adaptations nécessaires pour atteindre les objectifs européens à l’horizon 2030, ainsi que les perspectives post-2030.
La blockchain est-elle bonne pour le climat ?
Par Paul JOLIE
Ingénieur général des Mines, Conseil général de l’Économie
La blockchain publique est une technologie récente qui permet de créer de la confiance. Dépourvue d’une instance centralisée, la blockchain repose sur un réseau de pair-à-pair. L’endommagement ou la perte d’un noeud n’affectera pas le fonctionnement de l’ensemble du système. Avec ses propriétés d’inviolabilité, de traçabilité et de transparence, la blockchain permet de créer des services de notarisation dans le monde numérique, entre des acteurs qui ne se font pas a priori confiance. Comme applications récentes utilisant la technologie blockchain , on recense les cryptomonnaies, avec le succès que l’on connaît pour deux d’entre elles, le Bitcoin et Ethereum. Or, entre 2018 et 2022, la quantité annuelle d’électricité consommée provenant des crypto-actifs mondiaux a augmenté de façon importante. En août 2022, les estimations publiées de la consommation mondiale totale d’électricité liée aux actifs cryptographiques situaient celle-ci entre 120 et 240 milliards de kilowattheures par an, des volumes qui dépassent la consommation annuelle totale d’électricité de pays comme l’Argentine ou l’Australie. Cela représente de 0,4 à 0,9 % de la consommation d’électricité mondiale annuelle et est comparable à la consommation d’électricité annuelle de tous les data centers dans le monde. Cette consommation est principalement due aux activités de minage (qui servent à établir un consensus entre les acteurs) recourant à la méthode dit de « Preuve de travail » (PoW), celle utilisée en particulier pour le Bitcoin. En ce sens, la blockchain , technologie coeur du Bitcoin, est très contributrice aux émissions de gaz à effet de serre. Heureusement, il existe d’autres mécanismes de consensus bien moins consommateurs d’énergie, comme le mécanisme de « Preuve de participation » (PoS), qui est utilisé par Ethereum. D’un autre côté, les nouveaux services qu’offre la blockchain sont particulièrement attractifs pour combattre le réchauffement climatique. Ainsi, la blockchain peut faciliter les échanges entre les producteurs des énergies qui sont difficiles à stocker. Elle est également très adaptée pour aider à la création d’infrastructures décentralisées et distribuées, tout en garantissant l’origine de l’énergie grâce à ses propriétés de traçabilité, et renforçant ainsi la confiance des consommateurs dans la provenance réelle de l’énergie qu’ils consomment. Ainsi, grâce à la blockchain , un processus de collaboration entre les États devrait devenir possible pour élaborer des normes de performance environnementale efficaces et fondées sur des preuves.
Le numérique comme vecteur de la décarbonation des secteurs d’activité économique
Comment la reconquête « industrielle » du numérique par l’Europe peut-elle contribuer à la neutralité carbone ?
Par Aurélie PICART
Déléguée générale du Comité stratégique de filière Industries des nouveaux systèmes énergétiques
Pour s’assurer que la contribution du numérique à la neutralité carbone ne soit pas compensée par une hausse des usages du digital, il est nécessaire de mener une action cohérente sur trois leviers majeurs : la recherche, le changement des comportements et le développement d’une énergie décarbonée et compétitive. Mais, plus largement, l’atteinte de nos objectifs de décarbonation et notre capacité à peser dans les négociations climatiques internationales dépendent de notre souveraineté industrielle, numérique1 et énergétique. Nous devons dès lors renforcer et décarboner nos filières industrielles et sécuriser nos approvisionnements, tout en mobilisant la demande du marché intérieur européen et en développant les compétences techniques clés. L’Europe a commencé à infléchir sa politique en ce sens. Il faut rapidement dégager un consensus entre les pays européens pour bâtir une politique cohérente et ambitieuse à la hauteur des challenges que représentent l’Inflation Reduction Act américain et l’inflation.
Comment concilier décarbonation et compétitivité de l’industrie ?
Par Romain BONENFANT
Chef du service de l’Industrie à la direction générale des Entreprises
La maîtrise du changement climatique impose de décarboner notre industrie. Cette transformation structurelle nécessite un cadre réglementaire adapté pour assurer une concurrence équitable entre l’industrie européenne et celle des pays tiers, et créer les conditions propices à l’investissement privé dans des projets de décarbonation. Des ruptures technologiques sont toutefois nécessaires pour atteindre les objectifs compatibles avec les enjeux climatiques. Le secteur privé ne pourra entièrement les financer compte-tenu des risques associés. Dans ce contexte, la décarbonation de l’industrie doit être planifiée pour en optimiser les coûts et permettre de concentrer le soutien public là où il est le plus nécessaire.
Le numérique, allié ou ennemi de la transition écologique ?
Par Claire TUTENUIT
Déléguée générale d’Entreprises pour l’Environnement (EpE)
et Benoît GALAUP
Responsable Numérique et Environnement d’EpE
Caractérisée par un rythme d’innovation extrêmement rapide, la révolution numérique en cours transforme nos notions du temps et de l’espace et modifie profondément nos façons d’accéder à la connaissance, aux autres et à la consommation. Utilisées à bon escient, ces technologies peuvent apporter de nombreux bénéfices. Mais, aujourd’hui, elles sont surtout à l’origine de répercussions importantes sur l’environnement. L’enjeu nouveau pour les entreprises est donc de réduire leur empreinte, tout en poursuivant leur transformation numérique. Au sein de la commission Numérique et Environnement d’EpE, près de soixante grandes entreprises ont analysé les conditions d’une adoption accélérée d’un numérique à plus faible empreinte et utile à la mise en oeuvre de leur transition écologique et celle de la société. La publication « Le numérique, allié ou ennemi de la transition écologique ? », qui est la synthèse de ces travaux, fait état de résultats encourageants et suggère l’adoption de comportements plus sobres pour conduire simultanément la transition écologique et la transition numérique.
L’apport du numérique dans la décarbonation des mobilités : le cas de l’automobile
Par Christophe MIDLER
Directeur de recherche émérite, Centre de recherche en gestion de l’École polytechnique-i3, CNRS-IPP, membre de l’Académie des technologies
et Patrick PÉLATA
Ancien directeur général délégué de Renault, ancien Chief Automotive Officer de Salesforce, membre de l’Académie des technologies
Les technologies numériques ont fortement impacté les automobiles sur le plan de leurs émissions de CO2, essentiellement à travers l’amélioration de la gestion des moteurs, et ce depuis le début des années 1990. L’effet cumulé de ces trente années d’innovation est de l’ordre de 200 MtCO2 par an pour l’Europe. Mais, en dehors des véhicules électriques, où, pour l’essentiel, les innovations viennent de la chimie et de l’électronique de puissance, celles que nous connaissons aujourd’hui et qui s’appuient sur le numérique (télétravail, e-commerce, auto-partage, VTC, mobilités partagées, douces ou pas) sont d’un bien moindre impact sur la décarbonation des mobilités. Ce que le futur nous réservera est encore bien incertain. Mais la conduite autonome, en particulier appliquée à des robotaxis partagés, pourrait contribuer significativement et même accélérer la mutation majeure que constituent l’électrification et la réduction du parc automobile.
L’apport du numérique en matière de décarbonation du bâtiment
Par François BERTIÈRE
Président de la Foncière Fiminco Reim
L’industrie du bâtiment et de l’immobilier connaît une profonde évolution sous l’effet de la transition énergétique. En la matière, les outils numériques constituent de puissants atouts pour relever les défis afférents par un secteur qui connaissait un retard certain dans ce domaine du numérique par rapport à l’industrie. Dans cet article, nous présentons les avancées actuelles permises par le numérique dans les domaines de la construction neuve, de la rénovation et de l’exploitation des immeubles ainsi que celle des quartiers, en donnant des exemples de solutions innovantes. Il met en lumière l’importance de la réglementation et les perspectives ouvertes par le Building Information Model, l’analyse du cycle de vie et le jumeau numérique. Il conclut à la nécessité d’accompagner la contrainte réglementaire par une politique de formation, de soutien et d’incitation.
Comment réduire l’impact environnemental de la microélectronique dans un domaine du semi-conducteur en pleine évolution ?
Par Sébastien DAUVÉ
Directeur du CEA-Leti
et Léa DI CIOCCIO
Fellow et directeur de recherche au CEA-Leti
La microélectronique fait désormais partie intégrante des stratégies de nombreux pays, et l’on peut gager que le paysage mondial se recomposera dans les prochaines années pour rééquilibrer la chaîne de valeur. C’est dans ce contexte inédit que la question de l’impact environnemental de la microélectronique se pose de façon croissante à travers la production de ses composants, mais aussi à travers ses usages. Les acteurs de l’industrie et de la recherche se mobilisent pleinement pour concrétiser, au travers d’actions concrètes, l’objectif de réduction de son empreinte carbone. Ils intègrent également cette dimension dans la conception des futurs technologies et composants de la microélectronique. Dans cet article, nous dressons un état des lieux des enjeux et initiatives en la matière et donnons des exemples concrets des innovations en cours, notamment au CEA.