Boom énergétique exponentiel de l’IA : L’énergie propre peut-elle suivre le rythme?

Aperçu :

• La course à l’IA a fait bondir la consommation d’énergie des centres de données, poussant les grandes entreprises technologiques à réévaluer leurs engagements de longue date en matière d’empreinte carbone.

• Pour comprendre l’incidence du boom de l’IA sur l’atteinte des objectifs de l’Accord de Paris d’ici 2050, nous évaluons la demande et l’offre d’électricité propre, la préparation du réseau et les contextes politiques dans des pays comme les États-Unis et le Canada.

• Nous examinons comment Microsoft et Google, deux des plus grands développeurs d’IA, réorientent leurs stratégies climatiques. Ces stratégies vont-elles accélérer la production d’énergies renouvelables ou prolonger la dépendance aux combustibles fossiles?

• Le secteur technologique jouant un rôle prépondérant dans les indices ESG en raison de son empreinte carbone historiquement faible, nous présentons des considérations clés pour les investisseurs dans cette nouvelle ère de l’IA.

La demande en ressources informatiques pour l’intelligence artificielle (IA) croît à un rythme sans précédent. On estime que la puissance informatique requise pour l’IA double tous les 100 jours et augmentera par un facteur de plus d’un million au cours des cinq prochaines années. Cette croissance exponentielle promet des applications transformatrices dans divers secteurs, notamment l’industrie, l’agriculture, les soins de santé, les finances et les transports.

Dans un article précédent nous avons abordé les engagements du secteur technologique pour passer à des sources d’énergie entièrement propres d’ici 2030. Toutefois, la hausse de la demande d’énergie attribuable à l’IA a amplifié la consommation de combustibles fossiles, a retardé le retrait de certaines centrales au charbon et a entraîné une hausse des émissions de GES au moment où la fenêtre pour atteindre les objectifs de l’Accord de Paris pour 2050 se rétrécit rapidement. C’est sans compter la demande d’électricité provenant des cryptomonnaies, qui devrait augmenter de 40 % d’ici 2026.

Dans de nombreuses régions, la connexion au réseau électrique commence à pâtir à mesure que les centres de données prennent de l’expansion dans un contexte d’accélération de l’électrification, soulevant des préoccupations sur la capacité de notre infrastructure énergétique actuelle à suivre le rythme. Certains partisans de l’IA soutiennent que les développements futurs contribueront à renforcer l’efficacité de ces réseaux, et que l’optimisation reposant sur l’IA peut mener à une augmentation exponentielle des mégawattheures d’énergie zéro émission. Toutefois, il est prématuré de prévoir l’incidence nette globale de l’IA, la technologie n’en étant qu’à ses tout débuts.

Pour comprendre si l’IA sera un atout ou un obstacle pour les objectifs climatiques et la transition énergétique, examinons les sources d’énergie servant à l’alimenter, les endroits où les centres de données sont les plus susceptibles d’être hébergés et la capacité de ces régions en matière d’énergie renouvelable, ainsi que la façon dont les géants de la technologie prévoient adapter leurs stratégies climatiques.

L’état actuel de la demande d’électricité et de l’offre d’énergie propre dans les centres de données

Au cours des quinze dernières années, la consommation d’électricité est demeurée relativement stable dans l’hémisphère nord. Toutefois, cette époque est révolue. L’IA est la principale force d’une nouvelle ère de croissance de la demande d’électricité, alimentée par des centres de données partout dans le monde. Les centres de données comptent maintenant parmi les consommateurs d’électricité à la croissance la plus rapide en raison de l’augmentation de la numérisation, de l’IA, de l’infonuagique et du cryptominage. En fait, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que la demande mondiale d’électricité des centres de données atteindra 1 000 térawattheures (TWh) en 2026, soit presque l’équivalent de la demande totale d’électricité du Japon en 2023.

Le Rapport sur l’électricité de 2024 de l’AIE prévoit que d’ici 2026, la demande d’électricité du secteur de l’IA sera décuplée par rapport à 2023. On estime également une augmentation de 40 % de la demande d’électricité provenant des cryptomonnaies, prévision désormais incertaine en raison de l’innovation technologique dans le domaine. Notamment, le Crypto Carbon Ratings Institute (CCRI) estime qu’Ethereum, le plus important réseau de chaîne de blocs par volume de transactions, a réduit sa consommation d’énergie de 99 % en 2022 après avoir fait passer son mécanisme de consensus (processus de validation des transactions) de la preuve de travail à la preuve d’enjeu. En revanche, on estime que la chaîne de blocs Bitcoin a consommé 120 TWh en 2023, l’équivalent de la consommation totale d’électricité des Pays-Bas en 2022.

L’AIE s’attend à ce que les investissements mondiaux dans l’énergie propre atteignent 2 000 milliards $ US en 2024. La somme, bien que pharaonesque, est insuffisante pour que les énergies renouvelables suivent le pas de l’augmentation galopante de la demande d’électricité. Cet état des choses souligne la nécessité de renforcer rapidement les infrastructures d’énergie renouvelable pour répondre à l’escalade de la demande d’électricité, qui est probablement sous-estimée.

Pour le moment, en raison de l’énorme demande d’électricité, les exploitants de centres de données utilisent des sources d’énergie variées, y compris le gaz naturel et le charbon. À elle seule, l’énergie propre ne suffit pas à répondre à la demande d’électricité. Afin d’atteindre les objectifs climatiques mondiaux et de répondre à l’appétit énergétique des centres de données, les gouvernements et le secteur privé devront faire des investissements importants pour mettre à niveau les réseaux électriques et accroître l’approvisionnement en énergie propre.

États-Unis

Les États-Unis hébergent actuellement le tiers des 8 000 centres de données du monde. Les prévisions de la demande d’électricité des centres de données sont très incertaines, car les sociétés d’experts-conseils, les banques d’affaires et d’autres organisations estiment qu’ils pourraient représenter entre 4 % et 10 % de la demande totale d’électricité aux États-Unis d’ici 2030, soit entre 280 et 580 TWh (figure 1).

Figure 1

Les prévisions relatives à la demande d’électricité des centres de données aux États-Unis d’ici 2030 varient considérablement entre les sociétés d’experts-conseils, les banques d’investissement et les autres organisations. Les estimations de la demande d’électricité des centres de données aux États-Unis en 2030 vont de 280 TWh à 580 TWh, ce qui représente entre 4 % et 10 % de la demande totale d’électricité aux États-Unis en 2030.

Répondre au besoin urgent de nouvelles infrastructures pour tenir compte de la demande croissante d’électricité des centres de données est une priorité aux États-Unis.Répondre au besoin urgent de nouvelles infrastructures pour tenir compte de la demande croissante d’électricité des centres de données est une priorité aux États-Unis. En mai 2024, le gouvernement des États-Unis, en partenariat avec 21 États, a lancé la Federal-State Modern Grid Deployment Initiative, constatant la croissance rapide des grands centres de données et la nécessité d’accélérer la modernisation du réseau électrique.

Si les États-Unis étendent activement leurs capacités d’énergie renouvelable, le défi demeure important compte tenu de l’ampleur de la demande énergétique prévue. Pour 2024, les États-Unis sont en position d’ajouter 63 gigawatts (GW) à leur capacité de production d’électricité (une augmentation de 55 % sur 12 mois), le solaire et le stockage dans des batteries représentant 81 % de la capacité supplémentaire. De plus, la Inflation Reduction Act (IRA) soutient davantage la croissance économique de l’énergie propre, alimentant plus de 200 milliards $ US en projets de technologies d’énergie propre, comme les batteries et le solaire.

Tableau 1

Plus de 40 % de la production d’électricité aux États-Unis provient du gaz naturel; près du cinquième de la production provient de l’énergie nucléaire, suivie du charbon, avec plus de 15 %. L’énergie éolienne représente 10 % et l’hydroélectricité et l’énergie solaire, 6 % chacune. Au Canada, l’hydroélectricité représente près de 60 % de la production d’électricité, suivie du gaz naturel et de l’énergie nucléaire, avec 15 % et 14 % respectivement. L’énergie éolienne représente 6 % de la production d’électricité, suivie du charbon, avec 4 %.

Cela dit, un changement possible d’administration à la Maison-Blanche cette année pourrait freiner le développement de l’énergie propre, amplifiant les défis récents, comme les hausses rapides des taux d’intérêt, la montée des coûts des produits de base et les perturbations de la chaîne d’approvisionnement.

Canada

Ici, au Canada, bien que les prévisions précises relatives à la demande d’électricité alimentée par l’IA soient moins claires, la tendance générale est semblable. La croissance des centres de données et de l’infrastructure numérique intensifie la pression sur les réseaux électriques. Dans le budget de 2024, le gouvernement fédéral a annoncé un programme de 2,4 milliards $ CA pour soutenir le secteur de l’IA, y compris la construction d’infrastructures pour une nouvelle puissance informatique et une aide financière aux travailleurs perturbés par l’IA. Toutefois, le plan n’aborde ni les investissements dans des projets énergétiques visant à répondre à la demande supplémentaire d’électricité ni les mesures qui contribueraient à atténuer l’impact environnemental de l’IA.

Parmi les pays du G20, le Canada affiche l’une des plus faibles intensités d’émissions d’énergie produite (exprimées en grammes d’équivalent CO2 par kilowattheure). En 2023, le Canada a enregistré environ 170 g d’équivalent CO2 par kWh. Il est seulement supérieur à celui du Brésil, qui a enregistré environ 98 g d’équivalent CO2 par kWh au cours de la même année. Le Royaume-Uni se situe au-dessus du Canada, avec 370 g d’équivalent CO2 par kWh en 2023.

Sources : Ember, Energy Institute – Statistical Review of World Energy, Our World in Data (en anglais seulement)

Le Canada, affichant l’une des intensités d’émissions les plus faibles parmi les pays du G20 (figure 2), est bien positionné pour attirer des centres de données en raison de sa combinaison d’électricité plus propre, vu l’importante base d’énergie hydroélectrique représentant près de 60 % de l’approvisionnement national en électricité (tableau 1). En fait, en 2023, Microsoft a annoncé un investissement de 500 millions $ US pour élargir son infrastructure d’infonuagique et d’IA au Québec, attirée par les abondantes ressources hydroélectriques de la province et les politiques gouvernementales favorables.

L’hydroélectricité fait du réseau électrique du Canada l’un des plus propres au monde depuis des décennies. Et à l’heure actuelle, l’énergie éolienne et le solaire sont les sources d’électricité connaissant la croissance la plus forte au pays. À la fin de 2023, le Canada avait une capacité installée de près de 22 GW d’énergie éolienne, solaire et de stockage d’énergie, une augmentation de 11 % par rapport à 2022, en grande partie grâce à l’Alberta.

Tableau 2

Le Canada est l’une des rares économies avancées à n’avoir pas considérablement augmenté sa part d’électricité produite par des sources à faibles émissions de carbone depuis le début du siècle. Entre 2000 et 2023, la part du Canada dans la production d’électricité à faibles émissions de carbone est passée de 73 % à 81 %, soit un changement de 8 points de pourcentage. En comparaison, au cours de la même période, la part du Royaume-Uni a plus que doublé, passant de 25 % à 62 %, et celle de l’Espagne et de l’Australie a augmenté de 27 points de pourcentage (se situant maintenant à 71 % et à 35 %, respectivement). Les pays qui ont augmenté leur part d’électricité à faibles émissions de carbone moins que le Canada comprennent la Suède (+2), la France (+2), la Corée du Sud (-1) et le Japon (-9).

Source: Ember.

Toutefois, le Canada est l’une des rares économies avancées à n’avoir pas considérablement augmenté sa part d’électricité produite par l’énergie renouvelable depuis le tournant du siècle (tableau 2). La donne pourrait changer avec le projet de Règlement sur l’électricité propre du fédéral, qui vise la carboneutralité du réseau électrique d’ici 2035.

À court terme, l’Alberta et la Saskatchewan devraient être en tête de la croissance de l’énergie renouvelable grâce à de nouvelles capacités éoliennes et solaires. L’Alberta connaît un boom de l’énergie renouvelable, des promoteurs concluant des accords d’achat d’énergie à long terme avec des sociétés technologiques comme Meta, Microsoft et Amazon. Cela dit, en tant que seule province où le marché de l’électricité est déréglementé, il n’est pas garanti que tous ces accords seront combinés à un approvisionnement en électricité propre. La province dispose d’un approvisionnement suffisant en électricité provenant du gaz naturel, source d’énergie potentiellement attrayante et fiable pour plusieurs clients.

Au sud de la frontière, la production d’électricité demeure fortement dépendante des combustibles fossiles, la lutte contre les changements climatiques pâtissant de la politisation de l’enjeu. Les investissements dans le cadre de l’IRA montrent un potentiel de forte croissance dans les technologies d’énergie propre et d’expansion rapide de l’énergie renouvelable pour mieux répondre à la demande future en électricité des centres de données. Toutefois, la croissance exponentielle de la demande d’électricité découlant de l’IA rend cette expansion insuffisante. Au Canada, la production d’électricité est relativement propre dans l’ensemble. Par contre, comparativement à d’autres pays, la croissance des sources propres stagne depuis les deux dernières décennies, et le secteur des technologies a manifesté de l’intérêt pour les accords d’achat d’énergie dans les provinces accommodantes. Néanmoins, d’autres initiatives stratégiques des gouvernements fédéral et provinciaux seront nécessaires pour inciter le capital privé à renforcer la résilience des infrastructures pour soutenir un approvisionnement en énergie fiable et durable.

Défis de l’IA et ambitions climatiques des grandes entreprises technologiques

Selon les prévision des analystes de Capital Group, l’investissement total en IA par Microsoft, Meta, Google et Amazon atteindra 189 milliards $ US en 2024, représentant plus d’un cinquième du total des dépenses en immobilisations des sociétés du S&P 500. Parmi les exemples d’investissements dignes de mention, mentionnons le centre de données du superordinateur Stargate de 100 milliards $ US de Microsoft et d’OpenAI et les dépenses en immobilisations de 12 milliards $ US déclarées par Google au premier trimestre de cette année, en hausse de 90 % sur 12 mois, résultat des investissements dans l’infrastructure technique comme des serveurs et des centres de données pour répondre à la demande en matière d’IA.

Figure 3

Tech giant’s electricity consumption, such as Microsoft, Google, and Meta, is growing rapidly and rivaling that of small countries. In 2022, Google and Microsoft consumed more electricity than Slovenia, which was almost 15 terawatt-hours. Meta is on track to surpass Slovenia’s electricity consumption this year.

Ci-dessous, nous comparons les engagements de Microsoft et de Google en matière de climat, la façon dont leurs émissions ont augmenté en raison de l’IA et leur adaptation de leurs stratégies climatiques et de leurs investissements dans des solutions énergétiques de rechange, dont de grands paris sur l’avènement de la fusion nucléaire.

En examinant la comparaison ci-dessus, nous pouvons voir que les deux entreprises partagent les stratégies suivantes :

• Investissements et partenariats avec des fournisseurs d’électricité à faibles émissions de carbone au moyen de CAE afin d’accélérer la demande sur le marché, de faire croître l’innovation et de garantir de futures sources d’énergie

• Collaboration avec les fournisseurs d’énergie nucléaire comme source d’électricité à charge de base faible en carbone et fiable pour les centres de données

• Expériences hors réseau avec des technologies novatrices à faibles émissions de carbone, comme les PRM, pour l’approvisionnement direct en électricité des centres de données

• Réduire au minimum la consommation d’énergie dans l’exploitation de l’intelligence artificielle grâce à l’efficacité du matériel, à l’amélioration de l’utilisation de l’électricité et à l’approvisionnement en technologie de prochaine génération

L’alimentation directe des centres de données au moyen de PRM les retirerait du réseau, mais la construction, la mise à l’essai et la réception des approbations réglementaires pourraient prendre jusqu’à 10 ans. À l’heure actuelle, les entreprises de services publics remplacent l’énergie du réseau requise par des combustibles fossiles si d’autres sources ne peuvent pas répondre à la demande.Comme nous l’avons indiqué à la figure 1, le charbon représente environ 20 % de la composition énergétique des États-Unis. Les États-Unis sont le quatrième producteur de charbon en importance dans le monde. On estime maintenant qu’environ 54 gigawatts d’actifs de production d’électricité à partir du charbon, soit près de 4 % de la capacité totale des États-Unis, devraient être retirés d’ici 2030, alors que les estimations précédentes étaient supérieures de 40 %. Cela est directement attribuable à la hausse de la demande de centres de données pour alimenter l’intelligence artificielle, le stockage et les services infonuagiques, ainsi que l’extraction de cryptomonnaie. Bien que certains exploitants aux États-Unis retardent les plans de conversion des centrales au charbon au gaz, d’autres ont éliminé les cibles visant à éliminer complètement le charbon. À l’heure actuelle, la voie vers la carboneutralité de l’AIE montre que la production mondiale de charbon doit être éliminée graduellement d’ici 2040 pour être en mesure d’atteindre un scénario de 1,5 degré d’ici 2050 (figure 4).

Tableau 4

À l’heure actuelle, la voie vers la carboneutralité de l’AIE montre que la production mondiale de charbon doit être éliminée d’ici 2040 afin de pouvoir atteindre un scénario de 1,5 degré d’ici 2050.

Enfin, des préoccupations émergent au sujet de la visibilité et de l’exactitude des empreintes carbone déclarées par les entreprises technologiques. Selon une analyse récente de Bloomberg Green, certaines sociétés technologiques achètent ce qu’on appelle des certificats d’énergie renouvelable dégroupés, c’est-à-dire des crédits de carbone qui compensent les émissions des combustibles fossiles et qui peuvent être pris en compte positivement dans le calcul de l’empreinte carbone. Bien que les règles actuelles relatives au compte carbone mondial en vertu du Protocole sur les GES permettent l’utilisation de ces crédits, des universitaires ont soulevé des préoccupations selon lesquelles ces règles doivent être mises à jour, car les crédits compensatoires ne représentent pas nécessairement des réductions réelles des émissions dans l’atmosphère. Bien que Google (Alphabet) ait progressivement cessé d’utiliser les CER dégroupées il y a quelques années, le fait de retirer les CER dégroupés des calculs de l’empreinte carbone pourrait, pour d’autres entreprises du secteur des technologies, au moins tripler le nombre d’émissions actuellement déclarées – sans compter l’empreinte supplémentaire de l’augmentation de l’utilisation de l’intelligence artificielle.

Gestionnaire(s) de portefeuille :

« Les hypergradeurs réfléchissent assurément sérieusement à l’accès au pouvoir et aux façons de l’acquérir de manière durable et continue. Les entreprises de la chaîne de valeur de l’électricité accordent du crédit au secteur de la technologie pour avoir soutenu l’investissement dans la production d’énergie renouvelable dans le cadre de leur engagement à l’égard de l’énergie propre. À l’heure actuelle, il y a une coupure inhérente entre l’intermittence de l’énergie renouvelable (comme l’énergie éolienne et solaire) et l’impératif du centre de données pour l’énergie ininterrompue. Les solutions de transition comprennent la connexion à la capacité de charge de base, une capacité de production de réserve plus élevée, le stockage d’électricité, une meilleure interconnexion du réseau, des réseaux bidirectionnels, l’énergie distribuée, la gestion de l’énergie et de nouvelles sources d’énergie. Ces solutions varient quant à l’intensité des émissions, à la préparation technologique, à la préparation commerciale, aux coûts et à la portée, et toutes progressent simultanément. La vitesse prévue de la construction d’intelligence artificielle et l’ampleur des besoins en électricité peuvent entraîner une certaine augmentation des émissions à court terme, malgré une intensité carbonique plus faible dans la composition énergétique. À plus long terme, grâce aux progrès technologiques, les solutions de transition à faibles émissions de carbone devraient être remplacées

Principaux éléments à prendre en considération pour les investisseurs ESG

Le secteur des technologies de l’information a joué un rôle important dans les fonds ESG à l’échelle mondiale, en partie en raison de son empreinte carbone relativement faible. Selon une évaluation effectuée par MSCI, il s’agissait de la répartition sectorielle la plus importante parmi les 20 fonds d’actions ESG les plus importants, Alphabet (Google) et Microsoft se classant parmi les cinq actions les plus fréquemment détenues. Plusieurs de ces actions avaient une pondération moyenne de 5 %. Le secteur semble également avoir la pondération la plus élevée parmi 11 secteurs GICS sur divers indices ESG de MSCI, comme MSCI World ESG Leaders et MSCI ACWI ESG Leaders, avec une pondération de plus de 25 %.

Bien que ces grandes sociétés technologiques continuent de s’engager à l’égard des objectifs climatiques et de favoriser les investissements dans les énergies renouvelables (notamment, par rapport aux autres grands utilisateurs de centres de données, comme les entreprises de cryptomonnaie, où le climat ne semble pas être une considération), un changement dans la consommation d’énergie et les profils d’empreinte carbone pourrait avoir une incidence sur la façon dont le secteur sera perçu du point de vue des facteurs ESG à l’avenir.

Voici des questions et des éléments clés à prendre en considération, en particulier pour les investisseurs qui ont leurs propres objectifs de carboneutralité :

• L’augmentation potentielle des émissions du portefeuille aujourd’hui est-elle justifiée pour la promesse de réductions et de gains d’efficacité liés à l’intelligence artificielle à l’avenir, ce qui signifie dans certains cas faire confiance à des technologies qui ne sont pas encore viables (comme la fusion nucléaire)?

• Comment les investisseurs peuvent-ils s’assurer que les entreprises du secteur des technologies d’intelligence artificielle fournissent des données exactes sur l’empreinte carbone et ont mis en place des stratégies de décarbonisation qui permettent de réduire les émissions dans le monde réel afin d’atteindre les objectifs de carboneutralité?

• Quels types de conventions de pouvoir d’achat (CAE) les entreprises technologiques ont-elles en place pour leurs centres de données et quelle est la composition énergétique, y compris la composition énergétique potentielle future des réseaux dans ces territoires?

• Certaines stratégies ESG utilisent des exclusions nucléaires; compte tenu de l’augmentation des investissements du secteur des technologies dans la recherche et le développement nucléaires et les solutions, quelle incidence cela pourrait-il avoir sur les évaluations ESG de certaines sociétés technologiques?

• Y a-t-il d’autres secteurs à faible empreinte carbone qui pourraient dépasser le secteur des technologies de l’information du point de vue des faibles émissions au fil du temps, comme les soins de santé ou les services financiers (qui ont tendance à être les deuxième et troisième secteurs pondérés en fonction des indices ESG)?

Il est clair que la hausse des solutions d’intelligence artificielle et la hausse de la demande d’énergie axée sur les centres de données ont accéléré les défis réels de décarbonisation, ce qui réduit la possibilité d’atteindre les objectifs de l’Accord de Paris de 2050. Nous nous attendons à ce que le secteur des technologies de l’information mette davantage l’accent sur l’empreinte carbone croissante et les obstacles à la décarbonisation à venir qu’auparavant, y compris de la part des investisseurs.

Toutefois, ce changement de paradigme de la demande d’énergie est également une occasion générationnelle pour les gouvernements, l’industrie et les collectivités de collaborer et d’investir dans des solutions énergétiques à faibles émissions de carbone. Les défis énergétiques du boom de l’intelligence artificielle pourraient accélérer la mise au point de solutions durables à l’avenir. Pour ce faire, nous aurons besoin d’une approche coordonnée et d’un engagement à long terme à l’égard d’une transition énergétique à faibles émissions de carbone de la part des parties prenantes pertinentes afin de nous aider à composer avec les complexités de la transition énergétique et à atteindre les objectifs climatiques mondiaux.