IoT : Les réseaux sans fil à bas débit, une technologie de la sobriété

L’IoT est con­som­ma­teur de ressources, comme toute tech­nolo­gie de pointe. Néan­moins les cal­culs économiques prou­vent que les économies de ressources qu’il induit sont de loin supérieures à ses coûts. Les acteurs notam­ment privés sont incités à l’utiliser en rai­son de sa rentabil­ité finan­cière, mais c’est sur un plan col­lec­tif que l’économie de ressources présente un intérêt majeur. Cela ne dis­pense pas d’optimiser l’utilisation de l’IoT lui-même.

Il peut sem­bler provo­ca­teur d’associer tech­nolo­gie et sobriété, puisque nous imag­i­nons facile­ment une pro­duc­tion à forte crois­sance lorsqu’il s’agit de l’Internet des objets. Nous allons pour­tant démon­tr­er que ces tech­nolo­gies de réseaux à bas débit ont pour appli­ca­tion prin­ci­pale d’accompagner la sobriété, en per­me­t­tant la réduc­tion de l’utilisation des ressources naturelles et de l’énergie. Par ailleurs, con­traire­ment aux gains con­cer­nant l’efficacité d’une machine, cette réduc­tion de la con­som­ma­tion de ressources, au niveau du sys­tème dans son ensem­ble, n’entraîne pas d’effet rebond direct. En analysant des élé­ments du cycle de vie de ces machines, nous pou­vons véri­fi­er qu’il en résulte des gains réels et met­tre en évi­dence que ces économies de ressources peu­vent être monétisées de divers­es façons, et pro­duire de nou­veaux mod­èles d’affaires.

Une croissance du secteur moins rapide que prévu

L’Internet des objets con­naît, depuis une dizaine d’années, une crois­sance soutenue, néan­moins net­te­ment inférieure aux prévi­sions. Nous imag­in­ions que cette tech­nolo­gie serait adop­tée avec la même rapid­ité que la télé­phonie mobile, puis les smart­phones, avec des vol­umes plus élevés : il y a en effet bien plus d’objets que d’êtres humains. Nous con­sta­tons pour­tant que nous sommes bien loin de ces dizaines de mil­liards d’objets con­nec­tés ou encore d’une numéri­sa­tion com­plète du monde. Les raisons de cette adop­tion lim­itée peu­vent s’expliquer à par­tir des appli­ca­tions : la majorité d’entre elles con­cer­nent des pro­duits ou des ser­vices déjà exis­tants, qu’un cap­teur con­nec­té vient seule­ment com­pléter. En d’autres ter­mes, le cap­teur n’existe pas pour lui-même, ce qui est un pre­mier fac­teur lim­i­tant. D’autre part, lors d’un déploiement l’objectif prin­ci­pal est une réduc­tion des coûts, sou­vent grâce à une lim­i­ta­tion des pertes. Ce déploiement s’accompagne d’un change­ment des méth­odes de tra­vail et des proces­sus de l’entreprise. Ain­si, l’utilisation de l’Internet des objets devient moins un pro­grès tech­nique qu’un change­ment d’organisation. C’est là le sec­ond fac­teur lim­i­tant, car ce change­ment d’organisation prend du temps : la trans­for­ma­tion numérique est d’abord… une trans­for­ma­tion. Cer­taines appli­ca­tions induisent même un change­ment de mod­èle d’affaires, par exem­ple quand il s’agit de prévenir cer­tains prob­lèmes plutôt que de les cor­riger a pos­te­ri­ori, ou encore quand une par­tie des opéra­tions est exter­nal­isée par du sens­ing as a ser­vice. De ce point de vue, l’Internet des objets est, et restera pour de nom­breuses années encore, une dis­crète inno­va­tion de rupture.

Il n’y a pas d’effet rebond

On entend sou­vent que, du point de vue de l’utilisation des ressources naturelles, tout gain d’efficacité apporté par une tech­nolo­gie nou­velle finit par être annulé par l’effet rebond. L’effet rebond se définit comme une mod­i­fi­ca­tion des usages, en réac­tion à une tech­nolo­gie plus effi­cace, qui peut aller jusqu’à accroître une con­som­ma­tion qu’on pré­tendait réduire. Il n’est ni sys­té­ma­tique ni con­stant dans son ampleur, mais il est fréquent. Par exem­ple, quand une voiture plus effi­cace incite à des déplace­ments plus impor­tants ou quand une meilleure iso­la­tion des loge­ments induit in fine une aug­men­ta­tion de la con­som­ma­tion par la recherche de plus de con­fort. Dans les tech­nolo­gies d’Internet mobile, les gains d’efficacité énergé­tique (à débit con­stant) ne ser­vent pas à réduire la con­som­ma­tion, mais plutôt à main­tenir une qual­ité de ser­vice accept­able dans les ter­minaux et les réseaux, pour un usage forte­ment crois­sant. Dans le cas des réseaux sans fil à bas débit, la sit­u­a­tion est très dif­férente, puisque les cas d’usage sont ori­en­tés vers l’optimisation des coûts. La tech­nolo­gie IoT n’est pas adop­tée pour elle-même, mais comme out­il per­me­t­tant d’améliorer un sys­tème. Comme ce sont des économies de ressources ou d’énergie qui sont recher­chées, dans le but pre­mier de réduire des coûts, on ne con­state pas d’effet rebond direct.

Des exemples vertueux

Les exem­ples suiv­ants sont assez sig­ni­fi­cat­ifs. Ain­si, lorsque l’on met en place un sys­tème per­me­t­tant de détecter les fuites d’eau dans le réseau grâce à des comp­teurs con­nec­tés pour économiser 8 % de l’eau potable pro­duite, ce gain en par­ti­c­uli­er n’incitera pas à plus de con­som­ma­tion ni à plus de gaspillage. Dans le domaine de l’eau tou­jours, si des cap­teurs de fuite per­me­t­tent d’éviter ou de lim­iter les dégâts, l’assurance devient moins chère (les dégâts des eaux sont la pre­mière cause de dom­mage), mais les assurés ne vont pas pour autant souscrire à une sec­onde assur­ance. Dans l’industrie, la main­te­nance pré­dic­tive ou préven­tive per­met de réduire les coûts de rem­place­ment, mais elle n’incitera pas à renou­vel­er plus sou­vent les machines, ce qui rendrait l’investissement dans cette tech­nolo­gie sans objet. Lorsqu’on opti­mise l’utilisation de l’espace dans un bâti­ment ter­ti­aire grâce à des cap­teurs de présence, l’objectif est de réduire la sur­face de bureaux util­isée, pas de con­stru­ire de nou­veaux bâti­ments. Dans une ville, des cap­teurs peu­vent, de la même façon, per­me­t­tre d’offrir un ser­vice de park­ing équiv­a­lent avec moins de sur­face mobil­isée. Dans l’élevage bovin, des cap­teurs per­me­t­tent d’améliorer assez sig­ni­fica­tive­ment la san­té des veaux, ce qui induit une réduc­tion de la taille des chep­tels pour une pro­duc­tion égale. D’une façon générale, on ne peut amélior­er que ce que l’on mesure et, quand des cap­teurs sont instal­lés pour attein­dre un objec­tif d’optimisation ou de sobriété, on évite l’effet rebond. Enfin, quand les cap­teurs déployés per­me­t­tent de pro­téger l’environnement, par exem­ple con­tre des feux de forêt ; s’il y a un effet rebond, il est plutôt positif.

Considérer les coûts complets

Une autre cri­tique fréquente – et jus­ti­fiée – de la tech­nolo­gie IoT est l’existence de coûts cachés, d’externalités néga­tives, d’énergie grise. À l’heure où s’amplifient les alertes quant à l’urgence de la tran­si­tion écologique, la rai­son sug­gère de réalis­er une analyse coût-béné­fice objec­tive avant tout déploiement d’IoT, dès la phase de con­cep­tion. Con­cer­nant des béné­fices, il faut bien faire la dis­tinc­tion entre les béné­fices réels et les béné­fices pro­jetés. Une analyse pru­dente se fondera unique­ment sur les béné­fices cer­tains, c’est-à-dire l’utilité économique mesurable. Du côté des coûts, il faut con­sid­ér­er les coûts com­plets, et pas unique­ment les coûts d’investissement. Il est donc impor­tant d’intégrer les coûts de main­te­nance, de mise à niveau et égale­ment ceux liés à la fin de vie et au recy­clage. Lorsqu’on déter­mine les « coûts et béné­fices », il con­vient de raison­ner non seule­ment en ter­mes financiers, mais égale­ment en matière d’impacts envi­ron­nemen­taux, notam­ment vis-à-vis de l’énergie, en GES et en eau, voire pour les pro­jets les plus impor­tants sur l’ensemble des axes de l’analyse du cycle de vie. Les coûts d’étude, eux-mêmes, doivent être inté­grés, d’autant plus que le foi­son­nement de nou­veaux objets a pour con­séquence directe une accu­mu­la­tion de coûts fix­es, pour des pro­jets qui n’auront pas tout le suc­cès escomp­té : l’amortissement de ces coûts fix­es n’est donc pas une certitude.

Un exemple de calcul de rentabilité dans le bâtiment

Pour illus­tr­er l’importance de l’analyse coûts-béné­fices et se don­ner des ordres de grandeur, on peut étudi­er le cas d’un bâti­ment ter­ti­aire, équipé dans le but de réduire la con­som­ma­tion d’énergie. En moyenne, en Europe, cette con­som­ma­tion d’énergie a pour bilan une émis­sion de GES équiv­alant à 34 kg par an et par mètre car­ré. Les puces élec­tron­iques ont un fac­teur d’émission moné­taire de 120 g de CO2 équiv­a­lent par euro. On compte env­i­ron 5 € de com­posants dans un cap­teur sim­ple, soit 600 g, aux­quels il faut ajouter une carte élec­tron­ique, la fab­ri­ca­tion, le boîti­er (600 g) et, par exem­ple, 2 piles AA (2 x 100 g). En ajoutant con­cep­tion, trans­port et déploiement, on peut estimer que l’impact d’un cap­teur est inférieur à 2 kg. Sera déployé env­i­ron 1 cap­teur de présence ou de tem­péra­ture pour 10 mètres car­rés, soit un investisse­ment en CO2 équiv­alant à 200 g par mètre car­ré. Si les mesures ou les alarmes fournies par les cap­teurs per­me­t­tent d’économiser 5 % sur les con­som­ma­tions d’énergie, ce qui est assez pes­simiste, car les poten­tiels de réduc­tions sont en réal­ité plus impor­tants, alors le retour sur investisse­ment CO2 ne sera que de 40 jours.

Quelques bonnes pratiques pour améliorer le ratio coût-bénéfice :

• inté­gr­er sys­té­ma­tique­ment la perte d’équipements dans les scé­nar­ios d’usage et prévoir la résilience des algo­rithmes d’usage des don­nées, afin de ne pas envoy­er des équipes de main­te­nance sur le ter­rain au pre­mier équipement perdu ; 
• priv­ilégi­er la main­te­nance préven­tive et pré­dic­tive, afin d’en ren­dre cer­tain le coût et de l’intégrer sere­ine­ment dans l’analyse ;
• préfér­er une ges­tion par cohort­es homogènes, pour max­imiser l’exploitation des données. 

Un autre exemple, dans l’élevage

Tou­jours pour avoir des ordres de grandeur, obser­vons l’impact de la préven­tion des mal­adies dans l’élevage laiti­er. Les mal­adies chez les veaux impactent de manière impor­tante les finances des exploita­tions, ce qui motive leur préven­tion. En France, la mor­tal­ité avant 6 mois est de 13 % en moyenne. De plus les mal­adies res­pi­ra­toires, avec une inci­dence de 20 %, entraî­nent sou­vent un retard de crois­sance qui impacte la pro­duc­tion de lait et rac­courcit la car­rière des vach­es, réfor­mées après un ou deux vêlages seule­ment. On peut faire cor­re­spon­dre à ces pertes un impact sur les émis­sions de GES : 1 500 litres de lait par vache ne seront pas pro­duits, sachant que le bilan car­bone de la pro­duc­tion de lait est d’environ 1 kg d’équivalent CO2 par litre. Par ailleurs le bilan car­bone d’un veau est d’environ 4 t, qu’il pro­duise ensuite ou non. La préven­tion de ces mal­adies utilise la vac­ci­na­tion et une atten­tion régulière. Un cap­teur de tem­péra­ture ingéré per­met de détecter pré­cisé­ment et pré­co­ce­ment les mal­adies, afin de les traiter cor­recte­ment. Un tel cap­teur coûte env­i­ron 30 €, dont moins de 5 € d’électronique, et une pile de faible capac­ité, soit un bilan car­bone aux envi­rons de 1 kg. Pour que l’usage de tels cap­teurs soit rentable sur le plan des GES, il suf­fi­rait d’éviter les mal­adies graves chez un veau sur 1 000. Bien enten­du, l’impact de la préven­tion est bien meilleur en réal­ité. Ici encore, la rentabil­ité économique va de pair avec une rentabil­ité sur les émis­sions de GES bien supérieure.

Nécessité d’une planification

Imag­i­nons une analyse qual­i­ta­tive de portée générale : dans chaque déploiement IoT qui cherche à faire des économies, les gains sont faits sur des postes dif­férents des coûts. Il s’agit de sub­stituer à de l’énergie et à des matières pre­mières ou peu trans­for­mées des com­posants élec­tron­iques, des sys­tèmes infor­ma­tiques, des réseaux. Ces derniers (com­posants, sys­tèmes, réseaux) sont des pro­duits ayant subi beau­coup plus de trans­for­ma­tions : à vol­ume (prix) égal, leur con­tenu en matières pre­mières est donc plus faible. Ain­si, si l’on peut trou­ver un gain financier, il exis­tera égale­ment un gain sur les ressources, et celui-ci sera plus élevé. Finale­ment, les bilans des déploiements IoT, con­cer­nant des usages préex­is­tants opti­misés, sont sys­té­ma­tique­ment très posi­tifs. La ques­tion qui se pose alors est la suiv­ante : faut-il quan­ti­fi­er ces gains et les utilis­er pour pro­mou­voir le cas d’usage, au risque d’alourdir le bilan avec les efforts néces­saires à la réal­i­sa­tion de ces cal­culs ? Ou bien faut-il par­tir du principe que le bilan est sys­té­ma­tique­ment posi­tif et qu’il n’est alors pas per­ti­nent d’utiliser des ressources pour par­venir à une con­clu­sion con­nue d’avance ? Le meilleur levi­er d’optimisation ne serait-il pas de lim­iter l’émergence de pro­jets con­cur­rents pour un cas d’usage don­né, dans le but de lim­iter les coûts de pro­jets qui n’aboutiront pas ? Dans cer­tains cas, cela pour­rait appel­er une forme de plan­i­fi­ca­tion par la puis­sance publique, afin de déplac­er la com­péti­tion du déploiement vers la phase de conception. 

De nouvelles formes de valorisation

Au-delà des gains économiques directs de l’optimisation des ressources, nous obser­vons de nou­velles formes de val­ori­sa­tion. L’exemple des réseaux élec­triques per­met d’illustrer les gise­ments de valeur exploita­bles pour l’IoT : ren­dre la con­som­ma­tion élec­trique d’un équipement mod­u­la­ble dans le temps, avec un hori­zon à la journée ou à la semaine, per­met de faire émerg­er de nou­veaux revenus, par l’arbitrage sur les prix de la four­ni­ture ou de l’acheminement de l’électricité, par la par­tic­i­pa­tion aux mécan­ismes d’ajustement offre-demande, par la régu­la­tion rapi­de, avec des gise­ments de valeur aux échelles tant européenne que locale. Ce sché­ma sup­pose des objets qui pren­nent le con­trôle de la con­som­ma­tion, avec une forte con­trepar­tie en ter­mes de sécurité. 

Politiques publiques et politiques d’entreprises

Con­cer­nant l’électricité et dans le cas d’autres ressources cri­tiques comme l’eau, les poli­tiques publiques appor­tent une monéti­sa­tion sup­plé­men­taire, par exem­ple aux États-Unis où l’Infla­tion Reduc­tion Act va soutenir des investisse­ments de trans­for­ma­tion. Les inci­ta­tions publiques peu­vent pren­dre la forme de tax­es sur le gaspillage, que des cap­teurs peu­vent con­tribuer à réduire, et bien sûr de tax­es car­bone. Cer­tains déploiements IoT peu­vent prof­iter de crédits car­bone, l’IoT ayant l’avantage de per­me­t­tre une mesure objec­tive des gains. Cette capac­ité à quan­ti­fi­er les résul­tats va per­me­t­tre à cer­taines entre­pris­es d’éviter les accu­sa­tions de green­wash­ing et de préserv­er leur image de mar­que. Si, par exem­ple, une com­pag­nie de dis­tri­b­u­tion d’électricité est respon­s­able de feux de forêt, le déploiement de cap­teurs de détec­tion avancée lui per­me­t­tra de démon­tr­er une poli­tique active de préven­tion, mais aus­si de com­mu­ni­quer des chiffres pré­cis con­cer­nant la réduc­tion des risques.

Un effet positif sur les assurances

Grâce aux réseaux de cap­teurs, le secteur des assur­ances va con­naître des évo­lu­tions dans deux domaines : une meilleure préven­tion et une meilleure mesure des dom­mages. Les cap­teurs per­me­t­tent d’éviter ou de détecter plus tôt les prob­lèmes (fuites, incendies, vols), ou encore d’étendre des garanties de machine grâce à la main­te­nance pré­dic­tive. Des cap­teurs peu­vent égale­ment mesur­er des dom­mages : récem­ment, dans l’agriculture, recours est fait à la mesure des con­di­tions météorologiques pré­cis­es et authen­tifiées, pour un cal­cul automa­tique et déter­miné par con­trat des indem­ni­sa­tions. On peut imag­in­er le même type de con­trats, avec des don­nées de tem­péra­ture cer­ti­fiées et oppos­ables, pour des garanties de chaîne du froid. Enfin, la réduc­tion des vols et une plus grande longévité des équipements entraî­nent une aug­men­ta­tion de la valeur pro­duite : quand on risque moins de per­dre son vélo, on peut inve­stir dans une meilleure qualité.

Perspectives

En résumé, à tra­vers les exem­ples don­nés ici, nous voyons que les usages de l’IoT accom­pa­g­nent la sobriété, les gains d’efficacité et les sub­sti­tu­tions tech­nologiques en cours. Les moti­va­tions des acteurs sont avant tout économiques, avec des gains envi­ron­nemen­taux sou­vent net­te­ment supérieurs aux gains financiers.

“L’IoT accompagne la sobriété.”

Les poli­tiques publiques inci­ta­tives en faveur de l’environnement vont donc naturelle­ment accélér­er l’adoption des réseaux de cap­teurs, avec néan­moins une ques­tion de fond : l’usage en ques­tion doit-il être opti­misé pour en accroître l’utilité ou dis­paraître pour cause de futil­ité ? De plus, la disponi­bil­ité des ressources naturelles et de l’énergie devient un fac­teur lim­i­tant de pro­duc­tion, ce qui per­met d’accorder une valeur plus élevée aux mesures d’économie et aux sys­tèmes qui les assis­tent. Enfin, pour amélior­er leur bilan, les cap­teurs vont pro­gres­sive­ment devenir autonomes en énergie : les tech­nolo­gies de ges­tion de l’énergie et de col­lecte d’énergie sont prêtes au déploiement.

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