La numérisation de l'industrie sous l'angle énergétique

La révolution numérique - fiche de 2 pages du Centre commun de recherche

La révolution numérique

Lanumérisation est l'utilisation novatrice des technologies de l'information et des communications, en particulier le déploiement à grande échelle de dispositifs et de capteurs intelligents, impliquant souvent la collecte et l'analyse de grandes quantités de données. Ces technologies et d'autres technologies pertinentes (telles que les plateformes en ligne, l'informatique en nuage, l'internet industriel des objets, les jumeaux numériques, l'impression en 3D, les robots, l'intelligence artificielle et les chaînes de production) sont des éléments de la fabrication avancée, ou fabrication intelligente intégrée - la quatrième révolution industrielle.

Lanumérisation offre des possibilités d'emploi hautement qualifié et d'innovation, d'intégration des énergies renouvelables et de réduction des coûts d'exploitation. Elle optimise les opérations et la planification industrielles, met en relation les producteurs et les utilisateurs d'énergie et facilite l'émergence de nouveaux modèles commerciaux basés sur l'économie circulaire, le partage et la location.

Ainsi, la numérisation contribue à modifier la conception du marché de l'énergie, favorise le développement de villes, d'usines, de communautés et de bâtiments intelligents, et rend le chauffage et le refroidissement urbains moins chers et plus efficaces. Dans l'ensemble de l'économie, les stratégies passent de l'utilisation de la numérisation simplement pour réduire les coûts et stimuler la production, au développement de flux de revenus provenant de nouveaux services et de la personnalisation.

Une numérisation bénéfique

Lanumérisation accroît l'efficacité dans tous les secteurs industriels, y compris lessecteurs à forte intensité énergétique, et à chaque étape de la conception et de la production des produits et des processus :

• Presque tout est conçu à l'aide de logiciels, des bâtiments aux téléphones portables en passant par les emballages. L'utilisation des technologies numériques pour concevoir des produits destinés à être réutilisés, partagés, réutilisés et recyclés peut devenir la solution par défaut.
• L'intelligence artificielle et les contrôles intelligents peuvent augmenter le rythme et l'autonomie de l'expérimentation, rendant la recherche et le développement moins coûteux et réduisant la grande quantité d'énergie utilisée pour la ventilation.
• Les jumeaux numériques et l'analyse des données optimisent en permanence les processus de fabrication pour l'efficacité et la sécurité, identifient les possibilités d'économies et permettent une maintenance prédictive.
• Parmi les avantages des robots (en particulier dans la construction automobile et électronique) et de l'impression 3D (dans l'aérospatiale, les équipements médicaux et les transports), on peut citer l'amélioration de la précision et la réduction des déchets.
• L'internet des objets permet une meilleure traçabilité des matériaux et des produits (y compris en fin de vie) et augmente les taux d'utilisation des biens de consommation, des véhicules et des infrastructures physiques. Le nombre de dispositifs connectés dans le monde devrait passer de 15 milliards en 2015 à 75 milliards en 2025 (Statista in IRENA, 2019).
• La chaîne de blocs peut être utilisée pour réduire les coûts opérationnels, améliorer la sécurité ou l'efficacité des transactions, prouver la propriété, l'origine ou l'authenticité, éviter la fraude et la contrefaçon ou exécuter automatiquement les contrats. Les défis à relever sont notamment l'intégration avec d'autres technologies numériques, le coût de la migration et l'interopérabilité.
• Les technologies numériques améliorent la livraison en optimisant les expéditions, les itinéraires et les systèmes de trafic. Il est également possible de réduire les distances le long des chaînes d'approvisionnement des produits grâce à la fabrication distribuée.

Les technologies numériques et les nouveaux services qu'elles permettent nécessitent de l'énergie pour fonctionner. Et dans la mesure où la numérisation améliore l'efficacité de l'utilisation de l'énergie, elle peut également encourager l'industrie à en utiliser davantage. Dans l'ensemble, il existe des preuves importantes que les gains d'efficacité énergétique résultant de l'application de contrôles numériques avancés des processus peuvent permettre de réaliser des économies importantes pour un coût net faible ou nul (AIE, 2017). Toutefois, étant donné l'incertitude quant à l'effet net potentiel, les approches prospectives sont appropriées. À l'échelle de l'économie, on estime que le passage à des produits et services intelligents (automatisation) entraînera des économies d'énergie supplémentaires en 2050 de 5 % dans un scénario "efficace" et de -11 % (c'est-à-dire des économies d'énergie perdues) dans un scénario "inefficace" (Fraunhofer ISI, 2019).

Les économies potentielles varient en fonction du type d'activité, des systèmes de gestion, de la culture et du degré d'intégration de la chaîne d'approvisionnement. De nombreuses installations industrielles seront en mesure d'identifier des investissements alternatifs qui peuvent permettre d'économiser plus d'énergie que la numérisation, prise isolément. Toutefois, il faut garder à l'esprit d'importantes synergies : les technologies numériques facilitent d'autres mesures d'efficacité énergétique, et deviennent à leur tour encore plus bénéfiques une fois l'efficacité énergétique améliorée. Une série d'autres avantages doivent également être pris en compte, tels que la réduction (et la diminution de la volatilité) des coûts d'exploitation, la diminution des temps d'arrêt et l'amélioration de la qualité des produits.

À titre d'exemple, l'assemblage des éoliennes peut être optimisé grâce à la traçabilité des données. Sur la base de processus établis dans la fabrication de camions, SiemensGamesa Renewable Energy a mis en place un système "juste-à-temps" pour minimiser les défaillances de production, et des transporteurs modulaires automoteurs télécommandés pour déplacer les pièces terminées de la chaîne d'assemblage sur des navires rouliers spécialisés.

La numérisation dans l'industrie peut également contribuer à maintenir la stabilité et la fiabilité du réseau. L'utilisation de l'internet des objets pour connecter, agréger et contrôler les charges peut permettre à l'industrie de participer aux marchés de régulation des fréquences et de fournir des services d'équilibrage au réseau. La réponse à la demande est déjà en place en Finlande, en France et ailleurs. À terme, cela devrait stimuler le développement de systèmes énergétiques intelligents qui relient les grappes industrielles à la production d'électricité, aux bâtiments résidentiels et au chauffage et au refroidissement urbains.

Un autre avantage important est que la numérisation favorise l'électrification des processus, et donc l'intégration d'une plus grande part d'énergies renouvelables. Des avantages sociétaux plus larges, tels que l'amélioration de la qualité de l'air, devraient également être pris en compte.

Que faut-il faire ?

Le principe de "l'efficacité énergétique d'abord" doit être appliqué à tous les stades de la conception et du déploiement - et tout effet de rebondissement émergent doit être soigneusement surveillé. Sur cette base, les politiques devraient encourager une large adoption des technologies numériques et permettre la participation à la réponse à la demande.

Le niveau de numérisation et l'adoption des technologies varient considérablement selon les États membres, les régions et la taille des entreprises. Desinvestissements publics peuvent être nécessaires pour y remédier, ainsi que l'extension du haut débit fixe et mobile de grande capacité aux régions moins peuplées et éloignées.

Bien que l'Europe soit en bonne position en termes de qualité de la recherche et de nombre de start-ups, elle est à la traîne derrière le Japon, la Corée et les États-Unis en ce qui concerne le nombre de brevets d'intelligence artificielle déposés ou délivrés chaque année (OCDE dans González Vázquez, 2019). En outre, les technologies numériques pour les processus industriels doivent être absolument fiables, ce qui exige des ingénieurs en logiciels hautement qualifiés et des essais approfondis. Le financement de la recherche et du développement doit être augmenté, y compris pour les nouveaux modèles commerciaux, et les activités de normalisation et d'interopérabilité doivent être intensifiées.

La numérisation apporte des avantages économiques grâce à une plus grande productivité et à de nouveaux emplois dans la fabrication de pointe et les services de soutien. Toutefois, son déploiement nécessite un examen attentif de l'impact sur les emplois existants, en particulier ceux qui impliquent des tâches physiques prévisibles, routinières et répétitives. Environ 15 % de l'emploi dans l'UE se trouve dans l'industrie, une part qui est restée stable entre 2016 et 2018 (Eurostat, 2019).

Si la numérisation affecte la structure globale de l'emploi, de nombreux autres facteurs, dont l'urbanisation, la désindustrialisation et les institutions du marché du travail, sont également en jeu. À ce jour, l'effet net du changement technologique sur l'emploi semble être neutre, voire positif, une fois pris en compte les processus d'ajustement entre les entreprises et les secteurs (González Vázquez, 2019). Toutefois, il est possible que la numérisation soit différente et, quel que soit l'effet net qu'elle aura sur des millions d'emplois, il serait donc prudent de continuer à surveiller et à prévoir les technologies.

Que fait-on déjà ?

Le paquet "Énergie propre pour tous les Européens" et la directive révisée sur la performance énergétique des bâtiments contiennent des mesures importantes qui vont dans la bonne direction, la numérisation jouant désormais un rôle de premier plan dans la conception du marché de l'électricité et la décarbonisation des bâtiments. Le "Green Deal" européen donne un nouvel élan à ces travaux, avec en son cœur la double transition climatique et numérique.

L'Europe a déjà investi un milliard d'euros dans des projets pilotes à grande échelle de plates-formes industrielles numériques dans le cadre d'Horizon 2020 , renforçant ainsi la coopération entre les chaînes de valeur et les États membres. Les principales possibilités de financement dans le prochain cadre financier pluriannuel sont le programme InvestEU, Horizon Europe, Digital Europe, le mécanisme "Connecter l'Europe" et les fonds structurels et d'investissement.

Un exemple d'initiative dans ce domaine est la plate-forme de spécialisation intelligente pour la modernisation industrielle, qui combine la spécialisation intelligente et la coopération interrégionale pour stimuler la compétitivité et l'innovation industrielles. Toutes les régions de l'UE avec leurs clusters et leurs partenaires industriels sont encouragées à y participer et un partenariat dans un nouveau domaine thématique peut être proposé par toute région ou groupe de régions de l'UE. Les pôles d'innovation numérique font office de guichet unique en offrant aux entreprises un accès aux connaissances, aux méthodes et aux logiciels, aux plateformes technologiques et aux installations d'essai.

Sur le plan réglementaire, un exemple est le Comité européen de normalisation - Comité européen de normalisation électrotechnique (CEN-CENELEC), qui a élaboré des normes pour les réseaux d'électricité et de télécommunications, les systèmes de gestion de l'énergie, les formats de données pour la facturation électronique et les compétences numériques.

Conclusion

L'industrie européenne se lance dans une double transition climatique et numérique, et il existe d'importantes synergies entre les deux, notamment le potentiel d'économies d'énergie et de décarbonisation. La numérisation est également susceptible de perturber le marché du travail et les schémas d'emploi. Toutefois, de nouvelles politiques fondées sur une compréhension globale des secteurs de l'énergie et du numérique permettraient d'atténuer ces effets secondaires et de maximiser les avantages.

Les commentaires et suggestions sont les bienvenus et peuvent être envoyés à Lorcan Lyons : lorcan.lyons(at)ec.europa.eu.