Introduction

Dans cet article, nous explorerons l'impact futur des nouvelles technologies sur le monde et pourquoi il est crucial de comprendre et d'être conscient des changements qu'elles apportent et vont apporter. Historiquement, les nouvelles technologies ont créatrice de valeur pour les consommateurs et les entreprises. Des innovations telles que l'électricité, l'automobile et l'intelligence artificielle ont stimulé la croissance économique et transformé la société. Bien que ces avancées offrent d'immenses opportunités, les comprendre tôt est essentiel pour en tirer pleinement parti. Cet article mettra en lumière deux innovations majeures : l'informatique quantique et les systèmes avancés d'énergies renouvelables.

I/L'informatique Quantique

L'informatique quantique trouve ses racines dans la mécanique quantique, une branche de la physique développée au XXe siècle qui étudie le comportement des particules subatomiques. Niels Bohr, physicien danois souvent considéré comme le père fondateur de la mécanique quantique, a révolutionné la compréhension des structures atomiques grâce à son "modèle de Bohr" de l'atome. Bien que l'histoire de la mécanique quantique soit fascinante, cette section se concentrera sur ses principes afin de mettre en évidence le potentiel transformateur des ordinateurs quantiques.

Pour comprendre l'informatique quantique requiert une compréhension de ces 4 principes de Mécanique Quantique:

*Photo de Niels Bohr

-Superposition : La superposition est l'état dans lequel une particule ou un système quantique peut représenter non pas une seule possibilité, mais une combinaison de plusieurs possibilités.

-Intrication : L'intrication est le processus par lequel plusieurs particules quantiques deviennent corrélées de manière plus forte que ne le permet la probabilité classique.

-Décohérence : La décohérence est le processus par lequel les particules et systèmes quantiques peuvent se désintégrer, s'effondrer ou se transformer, se convertissant en états uniques mesurables par la physique classique.

-Interférence : L'interférence est le phénomène dans lequel des états quantiques intriqués peuvent interagir et produire des probabilités plus ou moins élevées.

Ordinateurs Classiques

Pour comprendre la différence entre l'informatique classique et l'informatique quantique, il est essentiel d'explorer d'abord le fonctionnement des ordinateurs classiques. Les ordinateurs classiques s'appuient sur le code binaire et les bits pour stocker des informations et effectuer des calculs. Le code binaire se compose d'une combinaison de 0 et de 1s. Imaginez un labyrinthe complexe et demandez à un ordinateur classique d'en trouver la sortie. L'ordinateur testerait méthodiquement chaque combinaison possible de chemins, utilisant des bits pour explorer de nouvelles routes et suivre les impasses. Il essaierait systématiquement chaque solution potentielle une par une jusqu'à identifier la sortie correcte. Ce processus peut être long, surtout en comparaison avec les ordinateurs quantiques—et voici pourquoi.

Ordinateurs Quantiques

*Image du nouvel ordinateur quantique produit par google

Les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui sont créés en manipulant des particules quantiques telles que les photons, les électrons, les "ions piégés" et les atomes. Pour manipuler ces particules, les qubits doivent être maintenus à des températures extrêmement basses afin de minimiser le bruit et d'éviter qu'ils ne produisent des résultats inexacts ou des erreurs dues à une décohérence involontaire. Aujourd'hui, il existe de nombreux types de qubits utilisés dans l'informatique quantique, certains étant mieux adaptés à différents types de tâches.

Les types de qubits les plus courants sont les suivants :

-Qubits supraconducteurs : Fabriqués à partir de matériaux supraconducteurs fonctionnant à des températures extrêmement basses, ces qubits sont appréciés pour leur rapidité d'exécution et leur contrôle précis.

-Qubits à ions piégés : Les particules d'ions piégés peuvent également être utilisées comme qubits et sont reconnues pour leurs longs temps de cohérence et leurs mesures de haute précision.

-Points quantiques : Les points quantiques sont de petits semi-conducteurs qui capturent un seul électron et l'utilisent comme qubit, offrant un potentiel prometteur pour l'évolutivité et la compatibilité avec la technologie des semi-conducteurs existante.

-Photons : Les photons sont des particules de lumière individuelles utilisées pour transmettre des informations quantiques sur de longues distances via des câbles à fibre optique. Ils sont actuellement utilisés dans la communication quantique et la cryptographie quantique.

-Atomes neutres : Les atomes neutres, courants, chargés à l’aide de lasers, sont particulièrement adaptés pour l’évolutivité et la réalisation d’opérations.

Si nous faisons le parallèle avec l'exemple du labyrinthe complexe, on pourrait dire que les ordinateurs quantiques adopteraient une vue d'ensemble, comme un "regard d’oiseau" sur le problème, et le résoudraient bien plus rapidement que les ordinateurs classiques. Les qubits ne testent pas plusieurs chemins à la fois : ils mesurent les amplitudes de probabilité des qubits pour déterminer un résultat. Ils sont donc bien plus rapide que des bits d'ordinateurs classiques.

Les différences les plus importantes entre les Ordinateurs Classiques et les Ordinateurs Quantiques

L'informatique classique est utilisée par les appareils du quotidien et les ordinateurs polyvalents. Elle stocke l'information en bits, qui n'ont que deux états possibles, 0 ou 1, et traite les données de manière séquentielle et logique. L'informatique quantique, quant à elle, repose sur du matériel quantique spécialisé qui stocke l'information en qubits, représentant 0, 1 ou une superposition des deux. Elle traite les données en utilisant la logique quantique, exploitant le parallélisme et l'interférence.

Bien que l'informatique quantique ne remplacera pas l'informatique classique pour toutes les tâches, les ordinateurs traditionnels restent les meilleurs pour la plupart des tâches polyvalentes. Cependant, pour des problèmes hautement complexes—comme la simulation du comportement moléculaire ou la réalisation de recherches scientifiques à grande échelle—les ordinateurs quantiques offrent une puissance sans précédent. Même les superordinateurs les plus avancés, basés sur la technologie binaire traditionnelle, sont limités dans leur capacité à gérer ces calculs complexes. L'informatique quantique excelle dans la résolution de ces problèmes en accélérant le traitement des données et en proposant des solutions là où les ordinateurs classiques échouent.

Industries où l'Informatique Quantique pourrait avoir un impact significatif:

Pharmaceutique

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel d'accélérer considérablement la découverte et le développement de médicaments en simulant le comportement moléculaire et les réactions biochimiques. Cela pourrait conduire à un développement plus rapide de traitements vitaux et de solutions médicales.

Chimie

L'informatique quantique pourrait offrir des solutions innovantes pour traiter les sous-produits chimiques dangereux. Elle pourrait améliorer la création de catalyseurs avancés, ouvrant la voie à des alternatives plus durables aux produits pétrochimiques et à des processus efficaces de dégradation du carbone pour atténuer le changement climatique.

Apprentissage Automatique

À mesure que l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique continuent de progresser, les algorithmes quantiques montrent un potentiel prometteur pour traiter des ensembles de données complexes plus efficacement. Cela pourrait offrir des améliorations significatives de vitesse pour certaines tâches d'apprentissage automatique, réduisant la consommation d'énergie et augmentant les performances.

Opportunités

La taille du marché mondial de l'informatique quantique était évaluée à 885,4 millions USD en 2023, pour atteindre 12 620,7 millions USD d'ici 2032, affichant un TCAC (Taux de Croissance Annuel Composé) de 34,34 % pendant la période de prévision. La région Amérique du Nord dominait le marché avec une part de 43,86 % en 2023. La croissance du marché de l'informatique quantique est soutenue par des solutions avancées, des avancées en IA et des investissements mondiaux. Avec des institutions leaders telles qu'IBM, Microsoft, Google et Amazon rejoignant des startups ambitieuses comme Rigetti et Ionq en investissant massivement dans cette technologie passionnante.

II/ Système Avancé en Energie Renouvelable

Nous allons maintenant passer en revue les différentes Solutions d'Énergie Renouvelable (SER) et leur impact potentiel sur la société et l'industrie de l'énergie. Nous examinerons l'intégration de l'hydrogène, des technologies solaires, la bioénergie ainsi que l'énergie éolienne. L'énergie a joué un rôle crucial dans le développement de notre société et fait partie intégrante de notre vie quotidienne. Sans même s'en rendre compte, les gens utilisent constamment de l'énergie, que ce soit en actionnant l'interrupteur de la cuisine ou en ouvrant le robinet pour avoir de l'eau courante. C'est pourquoi l'énergie est une industrie essentielle, et elle façonnera l'avenir grâce à l'innovation.

Intégration de l'Hydrogène

Le potentiel de l'hydrogène pour contribuer de manière significative à un avenir énergétique propre, sûr et abordable est considérable. L'hydrogène est polyvalent, capable de produire, stocker et transporter l'énergie sous diverses formes. Il peut être produit à partir de sources variées, notamment les énergies renouvelables, le nucléaire, le gaz naturel et le charbon, et peut être utilisé dans de multiples secteurs tels que les transports, l'industrie, les bâtiments et la production d'électricité.

Malgré son potentiel, l'hydrogène fait face à des défis, notamment des coûts de production élevés, un développement lent des infrastructures et des obstacles réglementaires. La production d'hydrogène à partir de sources d'énergie à faible émission de carbone est actuellement coûteuse, et le développement des infrastructures pour l'hydrogène est en retard, entravant son adoption généralisée. De plus, les réglementations existantes peuvent limiter le développement d'une industrie de l'hydrogène propre. Pour relever ces défis, plusieurs opportunités à court terme se présentent : Développer les ports industriels comme hubs pour l'hydrogène propre. Transformer les ports industriels existants en centres de production d'hydrogène à moindre coût et à faible émission de carbone peut tirer parti des infrastructures existantes et stimuler la demande. Utiliser les infrastructures gazières existantes. La réaffectation des gazoducs actuels pour transporter l'hydrogène peut stimuler de nouvelles sources d'hydrogène propre et réduire le besoin d'investissements dans de nouvelles infrastructures. Soutenir les flottes de transport et les corridors. Se concentrer sur les véhicules à kilométrage élevé, comme les camions et les bus, le long des itinéraires populaires peut rendre les véhicules à pile à combustible plus compétitifs et encourager leur adoption. Initier les premières routes maritimes pour l'hydrogène peut lancer le commerce international de l'hydrogène, en s'inspirant de la croissance du marché mondial du GNL. Avec une action ambitieuse, ciblée et à court terme, l'hydrogène peut jouer un rôle clé dans les transitions énergétiques propres mondiales. La coopération internationale est vitale pour accélérer la croissance de l'hydrogène propre et polyvalent dans le monde entier.

Technologies Solaires

Le potentiel de l'énergie solaire comme source d'énergie à faible émission de carbone pour répondre aux demandes énergétiques mondiales tout en atténuant le changement climatique. Nous examinerons l'état actuel, les défis, les avancées technologiques et les recommandations politiques nécessaires pour développer l'énergie solaire de manière durable et rentable.

Potentiel de l'Energie Solaire

Un avantage de l'énergie solaire est qu'elle fait partie des rares technologies renouvelables ayant le potentiel d'être déployées à l'échelle de plusieurs térawatts, ce qui est crucial pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Les récentes avancées dans les technologies solaires ont entraîné une baisse des coûts, une amélioration des performances et des modèles commerciaux innovants, particulièrement dans le secteur résidentiel. Malgré ces progrès, l'énergie solaire ne représente actuellement qu'un faible pourcentage de la production mondiale d'électricité, ce qui indique un potentiel de croissance important. Voici un graphique montrant comment la production mondiale d'électricité est répartie entre différentes sources d'énergie :

Focus Technologique

Dans l'industrie de l'énergie solaire, deux technologies sont en tête : les systèmes photovoltaïques (PV) et l'énergie solaire concentrée (CSP). Les systèmes PV dominent le marché en partie grâce à leur maturité et leur évolutivité. Ils sont principalement basés sur du silicium cristallin en wafer, mais les technologies PV à couche mince sont des alternatives qui font face à des limitations de ressources, les rendant finalement moins viables pour un déploiement à grande échelle. Cependant, les technologies émergentes à couche mince utilisant des matériaux abondants sur Terre montrent des promesses de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité, mais nécessitent des investissements substantiels en R&D. Voici quelques start-ups qui utilisent cette nouvelle technologie :

      Freschfield:

Développe des solutions photovoltaïques intégrées au bâtiment (BIPV), incorporant des cellules solaires à couche mince dans les matériaux de construction.

      Swift Solar:

Se concentre sur des panneaux solaires légers et flexibles utilisant des matériaux à base de pérovskite, qui sont plus abondants et potentiellement moins coûteux que les matériaux photovoltaïques traditionnels.

       Sunew:

Se spécialise dans la technologie photovoltaïque organique (OPV), produisant des films solaires minces et flexibles adaptés à diverses applications.

       Swedish Algae Factory:

Utilise des nanomatériaux dérivés d'algues pour améliorer l'efficacité des cellules solaires à couche mince, favorisant l'utilisation de ressources durables et abondantes.

Ces entreprises illustrent l'évolution de l'industrie vers des solutions solaires durables et rentables en utilisant des matériaux à la fois abondants et respectueux de l'environnement. D'autre part, les systèmes CSP fournissent de l'électricité répartissable, grâce au stockage d'énergie thermique, mais ils sont plus coûteux que le PV à grande échelle dans la plupart des régions. Les innovations dans la conception des CSP, telles que des températures de fonctionnement plus élevées et des matériaux avancés, sont essentielles pour améliorer leur compétitivité.

Défis majeurs

La réduction des coûts des systèmes solaires, en particulier dans les secteurs résidentiels, nécessite de s'attaquer aux dépenses élevées liées à l'équilibre du système grâce à des processus simplifiés de permis et d'interconnexion. À mesure que la pénétration du solaire augmente, des défis tels que les besoins de stockage, la gestion de la demande et les mises à niveau du réseau se posent, risquant des pertes d'efficacité. Il est vital de donner la priorité aux technologies utilisant des matériaux abondants pour une adoption durable à grande échelle.

Recommandations politiques

Les recommandations politiques afin de faire progresser l'énergie solaire comprennent le passage des incitations fédérales, des subventions basées sur l'investissement, telles que les crédits d'impôt, vers des subventions basées sur la production qui récompensent la génération réelle d'énergie. La mise en place de normes nationales de portefeuille d'énergies renouvelables unifierait les politiques fragmentées au niveau des États, améliorant l'efficacité. L'augmentation du financement pour la recherche et le développement (R&D) fondamentaux est cruciale, en particulier pour les technologies émergentes de photovoltaïque (PV) et d'énergie solaire concentrée (CSP) qui s'appuient sur des matériaux respectueux de l'environnement et abondants. De plus, le soutien aux projets pilotes de CSP permettrait de tester des conceptions innovantes et d'accélérer le développement technologique.

Impact économique

Il faut garder à l'esprit que les systèmes photovoltaïques à l'échelle des services publics sont devenus compétitifs dans les régions ensoleillées avec des subventions fédérales, mais restent moins compétitifs dans les zones à faible rayonnement solaire. De plus, les coûts du photovoltaïque résidentiel sont plus élevés en raison des coûts de main-d'œuvre, d'autorisation et d'acquisition de clients. Une concurrence accrue et des réglementations simplifiées pourraient atténuer ce problème. Bien que les systèmes CSP (énergie solaire concentrée) soient avantageux pour le stockage d'énergie, ils restent moins rentables que le photovoltaïque à grande échelle, même avec des subventions.

Vision stratégique

La capacité de l'énergie solaire à se développer à grande échelle dépend de la résolution des défis liés aux coûts, à l'intégration et aux ressources. Les technologies de stockage d'énergie doivent être développées pour soutenir une forte pénétration du solaire, permettant des systèmes fiables et économiques basés sur l'énergie solaire. Les politiques fédérales, y compris la tarification du carbone et des programmes de subventions affinés, seront essentielles pour stimuler l'adoption de l'énergie solaire.

Opportunités

L'énergie solaire est positionnée pour jouer un rôle transformateur dans le paysage énergétique mondial, à condition que les barrières technologiques, économiques et systémiques soient surmontées. Avec un soutien gouvernemental stratégique et une innovation soutenue, l'énergie solaire pourrait passer d'un contributeur de niche à une pierre angulaire d'un avenir énergétique à faible émission de carbone.

Bioenergy

Tout d'abord, pour comprendre pourquoi la bioénergie pourrait façonner l'avenir en termes d'énergie renouvelable, nous devons comprendre son fonctionnement et la différence entre deux types de production d'électricité par bioénergie. La bioénergie est dérivée de matière organique, ou biomasse, qui absorbe le carbone de l'atmosphère pendant la photosynthèse. Lorsque cette biomasse est utilisée pour la production d'énergie, le carbone est relâché dans l'atmosphère lors de la combustion, complétant ainsi un cycle naturel. La bioénergie moderne fonctionne comme un carburant à émissions quasi nulles car la nouvelle croissance de biomasse absorbe une quantité équivalente de carbone, équilibrant ainsi les émissions. Contrairement à l'utilisation traditionnelle de la biomasse, qui impliquait souvent des méthodes inefficaces et polluantes comme la combustion de bois ou de déchets agricoles pour le chauffage et la cuisine, la bioénergie moderne s'appuie sur des technologies avancées pour une production d'énergie plus propre et plus efficace. En tant que plus grande source d'énergie renouvelable au niveau mondial, la bioénergie moderne représente près de 8 % de l'énergie renouvelable (hors utilisation traditionnelle de la biomasse) et plus de 3 % de l'approvisionnement énergétique mondial, soulignant son rôle crucial dans la transition vers un avenir énergétique durable.

*Global Electricity production in % (Renewable) 2023

Le marché de la bioénergie entre 2023 et 2032, avec une augmentation annuelle de 7,7% (Taux de Croissance Annuel Composé) :

Remarque

La bioénergie moderne exclut l'utilisation traditionnelle de la biomasse, couramment observée dans les pays en développement et les économies émergentes, où des feux ouverts ou des poêles rudimentaires sont utilisés pour la cuisine et le chauffage. Cette pratique traditionnelle a de graves impacts négatifs sur la santé humaine et l'environnement. Dans le scénario "Zéro émission nette d'ici 2050", l'utilisation traditionnelle de la biomasse devrait être entièrement éliminée d'ici 2030 pour s'aligner sur l'Objectif de développement durable 7 des Nations Unies : Une énergie abordable et propre pour tous. Cependant, dans ce calcul de taille de marché, nous avons pris en compte la production d'électricité traditionnelle à partir de la bioénergie qui utilise encore des pratiques discutables. Compte tenu de cela, le marché de la production d'électricité à partir de bioénergie uniquement renouvelable surpassera probablement les anciennes pratiques en raison des nouvelles réglementations et des objectifs fixés par l'ONU.

Eolien

Alors que nous envisageons l'avenir énergétique, les sources renouvelables deviennent de plus en plus essentielles dans notre quête de durabilité. Parmi celles-ci, l'énergie éolienne se distingue comme un acteur majeur dans la transition vers une production d'énergie plus propre. En exploitant la force naturelle du vent, les turbines convertissent l'énergie cinétique en électricité, offrant une solution puissante pour réduire notre dépendance aux combustibles fossiles. Grâce aux progrès technologiques, les parcs éoliens deviennent plus efficaces et capables de générer des quantités importantes d'électricité. L'expansion de l'énergie éolienne contribue non seulement à une diminution des émissions de gaz à effet de serre, mais favorise également la création d'emplois et la croissance économique dans les communautés du monde entier. Alors que nous continuons à innover et à investir dans les technologies renouvelables, l'avenir énergétique semble plus prometteur, l'énergie éolienne jouant un rôle central dans la formation d'un paysage énergétique durable et respectueux de l'environnement.

Comme nous l'avons montré dans le graphique "la production mondiale d'électricité (énergies renouvelables)" plus tôt dans cet article, parmi les différentes sources de production d'électricité, l'énergie éolienne représente plus de 30% de la production totale, et 11% de la production mondiale d'électricité (en 2023). Cela fait de l'énergie éolienne un acteur majeur dans la transition vers une production d'électricité Net Zéro.

Regardons rapidement les prévisions de croissance de la taille du marché pour la production d'électricité éolienne, de 2023 à 2030:

Avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 12%, le marché mondial de l'éolien connaîtra une forte expansion, principalement due aux subventions gouvernementales et aux investissements mondiaux se manifestant par l'innovation.

Opportunités

Voici cinq entreprises notables impliquées dans la production et la génération d'énergie éolienne :

Entreprise danoise, Vestas est un leader mondial dans la conception, la fabrication, l'installation et l'entretien d'éoliennes. Avec une forte présence internationale, Vestas a installé plus de 160 gigawatts (GW) d'éoliennes dans 88 pays.

Anciennement partie de General Electric, GE Vernova englobe les actifs d'énergies renouvelables de l'entreprise, y compris l'énergie éolienne. La société a rapporté une modeste rentabilité dans son unité d'énergie éolienne pour le quatrième trimestre 2024, le segment de l'éolien terrestre connaissant son trimestre le plus rentable depuis trois ans.

Entreprise hispano-allemande, Siemens Gamesa est un fournisseur de premier plan de solutions d'énergie éolienne, offrant des éoliennes terrestres et offshore. La société a une empreinte mondiale significative, avec des installations dans plus de 90 pays.

Basée en Chine, Goldwind est l'un des plus grands fabricants d'éoliennes au monde. L'entreprise se spécialise dans la recherche, le développement et la fabrication d'éoliennes et a une présence substantielle sur les marchés nationaux et internationaux.

Entreprise multinationale danoise d'énergie, Ørsted est un leader mondial dans l'énergie éolienne offshore. La société s'est transformée d'une entreprise énergétique traditionnelle basée sur les combustibles fossiles en une puissance des énergies renouvelables, avec un portefeuille important de projets éoliens offshore.

Ces entreprises jouent des rôles essentiels dans l'avancement de la technologie de l'énergie éolienne et l'expansion de son adoption à l'échelle mondiale.