Avec l’essor rapide de l’IA, la demande d’électricité explose et la pénurie d’énergie devient un goulet d’étranglement majeur. Cet article passe en revue les sources d’énergie possibles, comme le solaire, l’éolien et le nucléaire, et examine comment la recherche d’efficacité dans les algorithmes et les puces d’IA pourrait atténuer la crise énergétique à long terme.
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L’électricité, goulet d’étranglement de la demande énergétique de l’IA
Mark Zuckerberg, PDG de Meta, et Elon Musk, PDG de Tesla, ont déclaré que la pénurie d’électricité était devenue le principal défi pour construire des centres de données d’IA. Même avec des fonds suffisants pour acheter des GPU, le problème de l’électricité demeure. Construire une grande centrale prend plusieurs années, et le choix du site et l’étude d’impact environnemental en prennent déjà plusieurs à eux seuls. Ce problème restera un frein au développement de l’IA dans les trois à quatre prochaines années. Sam Altman, patron d’OpenAI, estime lui aussi que l’avenir de l’IA dépendra de percées majeures dans les technologies énergétiques.
Selon une analyse de Goldman Sachs, la demande d’électricité des centres de données dans le monde devrait augmenter de 160 % entre 2024 et 2030. Il est désormais admis que l’électricité est le goulet d’étranglement clé de l’IA.
Les sources d’électricité
Face à ce goulet d’étranglement, il devient crucial d’examiner les sources d’électricité possibles.
Les centrales thermiques traditionnelles
En raison du changement climatique, la production thermique traditionnelle, pilier historique de la production électrique, a peu de chances de rester la source principale. Le gaz naturel, relativement propre, gardera un rôle important de complément aux renouvelables grâce à son démarrage rapide. Quant au charbon, sa pollution est traditionnellement très élevée. Si la technologie ultra-supercritique combinée au captage du carbone peut la réduire fortement, elle risque de ne toujours pas satisfaire des normes environnementales de plus en plus strictes.
L’énergie solaire
Parmi les renouvelables, le solaire a le plus fort potentiel. Son coût de production s’est effondré au cours des dernières décennies, et à mesure qu’il continue de baisser, le solaire deviendra la principale source d’énergie de la civilisation humaine.
Selon le dernier rapport LCOE 2023 de la banque d’affaires Lazard, le coût de production du solaire à l’échelle industrielle est de 24 à 96 dollars par mégawattheure, contre 141 à 221 dollars pour une nouvelle centrale nucléaire et 31 dollars pour une centrale nucléaire entièrement amortie. Une nouvelle centrale à charbon coûte de 68 à 166 dollars par mégawattheure, et même entièrement amortie, elle revient à 52 dollars, soit plus du double du solaire, car le principal coût du charbon est le combustible.
Outre son faible coût, le solaire présente plusieurs autres avantages importants :
- À l’échelle de la civilisation humaine, aucun risque de voir la ressource disparaître avant au moins plusieurs millions d’années.
- C’est une production décentralisée : une grande centrale nucléaire pourrait être remplacée par des dizaines de centrales solaires, ce qui réduit la dépendance à une seule grande centrale et au réseau de transport.
- Il est facile à installer et ne nécessite pas un énorme investissement initial.
- Il permet de valoriser des terres inutilisées, comme les déserts.
Le solaire a aussi des inconvénients :
- L’ensoleillement varie selon les régions, il n’y a pas de production la nuit, et la météo influe aussi. C’est un défaut commun à toutes les renouvelables : une production intermittente.
- Le coût du solaire n’inclut pas forcément le stockage, qui ne concerne d’ailleurs pas que le solaire mais devrait être une infrastructure indispensable pour tout le réseau.
- Les grandes centrales solaires occupent beaucoup de terrain, ce qui peut affecter l’écosystème local.
- La fabrication des panneaux solaires génère aussi une certaine pollution, qu’il faut traiter correctement.
L’énergie éolienne
L’éolien peut être terrestre ou en mer. L’éolien terrestre est même moins cher que le solaire, mais son développement est difficile en raison du manque de sites et des protestations contre le bruit ; aujourd’hui, presque tous les projets terrestres viables ont été réalisés. L’éolien en mer est plus cher, en général plus que le solaire, entre 72 et 140 dollars par mégawattheure. Comme le solaire, il impose un choix de site exigeant (des vents forts) et une production intermittente.
Les renouvelables se développent à toute vitesse, accompagnées de la construction à grande échelle d’installations de stockage. Elles répondent aux besoins économiques et restent relativement bon marché.
L’énergie nucléaire
Le nucléaire est l’un des sujets les plus débattus ces derniers temps. La fusion nucléaire serait le choix idéal : elle consiste à fusionner des éléments légers (comme des isotopes de l’hydrogène) à des températures extrêmes, ce qui libère une énergie colossale. Contrairement à la fission, la fusion ne produit presque pas de déchets radioactifs et est considérée comme le mode de production le plus propre. Mais la barrière technique est extrêmement élevée : la fusion en est encore au stade du laboratoire, et sa commercialisation reste lointaine.
Même si la technologie arrive à maturité, sa commercialisation à grande échelle prendra au moins 20 ans, trop lentement pour répondre aux besoins urgents. Microsoft a signé un contrat avec Helion Energy, dans laquelle Sam Altman a investi, pour un approvisionnement en électricité de fusion à partir de 2028. Mais même si Helion construit d’ici dix ans la première centrale à fusion commercialement viable, il faudra sans doute encore dix ans avant que les gouvernements du monde entier adoptent cette technologie.
Les petits réacteurs modulaires (SMR), très en vogue, pourraient avoir un coût de production un peu plus élevé que les grandes centrales nucléaires, mais ils sont plus sûrs : plus petits et contenant moins de matières radioactives, ils auraient un impact moindre sur l’environnement et la population en cas d’accident. L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a reconnu que les SMR réduisent fortement le risque de rejet de matières radioactives dangereuses en cas d’accident. Pour l’instant, la plupart des projets sont encore en construction ou en planification, et certaines données suggèrent même qu’ils seront plus coûteux que les centrales existantes. La technologie ne semble pas encore tout à fait prête.
Réflexions sur le développement de l’IA et la demande d’énergie
Du côté de la demande, le besoin humain en puissance de calcul sera-t-il un ogre insatiable, ou finira-t-il par s’orienter vers un modèle axé sur l’efficacité ? Jusqu’ici, la priorité a été d’augmenter la puissance de calcul, de consommer plus d’électricité et de produire de l’énergie à tout prix. Mais cette courbe finira par buter sur une limite, sauf percée dans la fusion nucléaire. À terme, la solution au problème énergétique pourrait passer par la réduction de la consommation grâce à des algorithmes et des puces d’IA plus efficaces. Après tout, un modèle de 20 millions de paramètres consomme plus d’énergie à l’entraînement qu’un modèle d’un million.
La situation rappelle les débuts des processeurs, quand la consommation préoccupait peu. Les premiers Intel x86 Pentium 4 étaient de vrais gouffres énergétiques, et les processeurs ARM ont ensuite pris l’avantage justement grâce à leur meilleure efficacité. Il en va de même pour les GPU : au départ, personne ne se souciait de leur consommation, mais d’ici trois ou quatre ans, on pourrait voir des puces aussi performantes que la génération précédente pour moitié moins d’énergie. À mesure que l’expansion électrique se heurte à ses limites, l’efficacité des puces d’IA progressera inévitablement, et des circuits intégrés spécialisés (ASIC) pourraient servir à calculer plus efficacement.
Prenons la reconnaissance et la synthèse vocales, déjà utilisées par l’IA. Imaginons un modèle de reconnaissance vocale précis à 99,99 % mais dont le coût de calcul est de 100, et un autre précis à 99 % seulement, mais dont le coût de calcul et d’énergie n’est que de 10. Au moment de la commercialisation, c’est sans doute la version un peu moins précise mais bien moins coûteuse et énergivore qui l’emportera.
À long terme, 70 à 80 % des applications d’IA ne rechercheront peut-être pas la performance maximale, mais un équilibre entre efficacité et performance. Il ne faut donc pas penser la consommation électrique de l’IA uniquement sous l’angle de la production et de l’approvisionnement : la demande évoluera aussi. L’être humain est avide, mais lorsque les ressources sont limitées, il finit par se heurter à des contraintes réelles et trouve de nouvelles voies.
