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5G: permettre l’innovation dans la robotique et l’automatisation

Dans ce numéro, nous examinons comment les technologies de télécommunications 5G sont un élément essentiel pour permettre un large éventail de nouvelles applications et d’innovations dans le domaine de la robotique et de l’automatisation.

2 octobre 2020

Angus Muirhead

CFA, gestionnaire de portefeuille, Credit Suisse Asset Management

Avec la 5G et d’autres composantes technologiques en place, les conditions sont désormais réunies pour un âge d’or de l’innovation sur le marché de la robotique et de l’automatisation. Compte tenu du très grand potentiel de marché dans nombre de secteurs de l’économie et des faibles niveaux de pénétration de nombreuses solutions d’automatisation, nous pensons que les perspectives à long terme du thème de la robotique et de l’automatisation restent convaincantes.

Qu’est-ce que la 5G?

La 5G est la «5e génération» de normes relatives aux technologies cellulaires. Ces normes sont majoritairement définies par le 3GPP, l’organisme de normalisation internationale en matière de communications mobiles. La 5G ne se résume pas à une seule technologie, mais regroupe plusieurs améliorations du matériel et des programmes de l’ensemble de l’infrastructure concernée, des antennes aux tours de télécommunication, en passant par les stations de base, les téléphones mobiles et l’ensemble des autres appareils connectés sans fil.

Combinées les unes aux autres, ces améliorations permettront une accélération des débits de données, des latences plus faibles, un taux d’échec proche de zéro et la connexion simultanée d’un bien plus grand nombre d’utilisateurs et d’appareils, par rapport aux technologies 4G actuelles.

Alternate text — Sources: Credit Suisse, Thales (Gemalto), «Introducing 5G technology and networks (definition, use cases and rollout)» [Lancement de la technologie et des réseaux 5G (définition, cas d’utilisation et déploiement)], 2019.

À la fin des années 1970, la première génération de technologies de télécommunications mobiles (que nous appelons rétrospectivement la «1G») a permis l’établissement de télécommunications vocales basées sur des technologies analogiques. Plus tard, dans les années 1990, la 2G a donné naissance à la messagerie texte (les «SMS») et fait exploser les ventes de téléavertisseurs ou «bipeurs». Lancée en 2001, la 3G nous a ensuite permis d’envoyer des e-mails et des photos depuis nos téléphones mobiles, et a marqué le début de la course à l’appareil photo intégré le plus performant. La 4G, déployée en 2009, est allée encore plus loin et a rendu possible le streaming de vidéos, les réseaux sociaux et des services comme le covoiturage.

Une technologie modulable

Les consommateurs imaginent parfois que la 5G n’est qu’une nouvelle étape de cette évolution progressive, mais en vérité, contrairement aux étapes précédentes, celle de la 5G aura des conséquences beaucoup plus concrètes pour de nombreuses applications dans les entreprises et les gouvernements, et ce, en raison d’une différence significative.

Cette différence provient du fait que la 5G peut fonctionner sur un spectre de fréquences radio beaucoup plus large que les technologies 4G actuelles. La 4G fonctionne sur un spectre étroit de fréquences inférieures à 2,5 GHz, tandis que la 5G fonctionne sur un spectre nettement plus large allant de fréquences inférieures à 1 GHz jusqu’à des bandes supérieures à 95 GHz.

Cela permettra aux opérateurs de télécommunications de profiter d’une capacité de spectre nettement plus importante. En outre, les différences de caractéristiques entre les fréquences basses et hautes leur permettront également de choisir quelles bandes de fréquences utiliser en fonction des cas d’utilisation.

Le 3GPP définit trois bandes de fréquences 5G adaptées à différents cas d’utilisation:¹

1. La bande eMBB (Enhanced Mobile Broadband ou haut débit mobile amélioré) est une bande de fréquences basse (inférieure à 1 GHz) dans laquelle les signaux peuvent parcourir de longues distances, y compris sous terre et à travers les murs dans une certaine mesure (à la manière des notes basses que vous entendez lorsque quelqu’un écoute de la musique forte dans une pièce voisine), mais avec un débit inférieur. Le débit restera malgré tout probablement aussi bon, si ce n’est meilleur, que les plus hauts débits disponibles en 4G et cette bande sera vraisemblablement déployée la première afin d’améliorer l’expérience des utilisateurs sur leur téléphone mobile.

2. À l’autre extrémité du spectre, la bande mMTC (Massive Machine-Type Communications, ou communication de masse de type machine) fonctionne dans la bande de haute fréquence (supérieure à 20 GHz) dans laquelle la cadence du signal est courte et rapide. Elle permet d’atteindre des débits très élevés, mais de beaucoup plus faible portée. Elle est particulièrement adaptée pour connecter un grand nombre d’appareils sur une surface limitée, avec un débit et une latence de l’ordre de la milliseconde. Cette technologie sera la solution idéale pour les applications en temps réel dans les villes, les usines, les entrepôts logistiques, les bureaux, les écoles et les hôpitaux.

3. La bande uRLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication, ou communication ultra-fiable avec un temps de latence faible) est située sur la bande de fréquences moyenne, entre la bande eMBB et la bande mMTC, et offre le compromis idéal entre débit et portée, avec en prime le meilleur niveau de fiabilité des trois bandes. C’est ce paramètre de fiabilité, combiné à la latence faible et au débit élevé, qui font de cette technologie la plus adaptée pour les véhicules autonomes et autres systèmes de transport.

media gallery caption — Sources: Credit Suisse, ITU-Telecom, «Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)» [Exigences minimales liées aux performances techniques pour les interfaces radio IMT-2020], novembre 2017. Credit Suisse Asset Management.

Vagues

Le large spectre de fréquences pouvant répondre à différents cas d’utilisation, McKinsey² s’attend à ce que les opérateurs de télécommunications choisissent de déployer la technologie 5G par vagues. La première vague serait conçue pour les consommateurs accros à leurs téléphones portables et avides de données, tandis que la deuxième et la troisième vagues seraient davantage destinées aux entreprises, aux gouvernements et aux appareils connectés, connus sous le nom d’«Internet des Objets». McKinsey précise (graphique 3.) que si le marché grand public (haut débit mobile amélioré, ou eMBB) est probablement le plus accessible et le plus uniforme, car la 5G y est considérée comme une simple mise à jour pour les abonnés mobiles, la troisième vague en revanche (communication de masse de type machine, ou mMTC), adaptée aux applications commerciales et gouvernementales, sera sans doute plus longue à développer, mais donnera finalement naissance à un marché bien plus important.

Les consommateurs accueilleront sans doute positivement les améliorations de débit et de connectivité offertes par la 5G, et certains d’entre eux seront même sans doute prêts à payer un supplément pour bénéficier de ce service, au moins pendant un certain temps. Les volumes de données et les «temps d’écran» augmenteront probablement. Ericsson prévoit que d’ici 2025, les smartphones du monde entier consommeront 164 exaoctets de données mobiles chaque mois, soit 5 fois plus qu’en 2019.³ Des tendances similaires seront sans doute observables sur les marchés internationaux et conduiront à des améliorations de nos smartphones (notamment de leur capacité de stockage et de la résolution des appareils photo), à la création de contenus de plus en plus riches en données et à des forfaits de données plus avantageux et économiques. Mais malgré l’augmentation prévue de l’utilisation et du trafic de données, il semble peu probable que la 5G transforme radicalement la manière dont les consommateurs utilisent l’Internet mobile, en tout cas pendant les cinq premières années qui suivront son déploiement.

La vague industrielle

Les améliorations en matière de latence faible, de fiabilité et de débit rendues possibles par les bandes de fréquences moyenne et haute, en revanche, joueront probablement un rôle essentiel dans la mise en œuvre de nombreux nouveaux services et applications pour les entreprises et les gouvernements. Analysons quelques exemples:

Les véhicules autonomes et de nombreux systèmes d’aide à la conduite avancés («ADAS») ont besoin de «comprendre» un environnement vaste et très varié, et de réagir correctement à tous les scénarios, dans toutes les situations, à toute heure et par tous les temps. L’apprentissage d’autant de possibilités par un ordinateur constitue un immense défi, et plutôt que d’installer une machine ultra puissante à bord de chaque véhicule, il serait plus logique qu’ils soient connectés à une banque de données commune et partagée, stockée dans le Cloud. Il va sans dire que l’accès à ces données doit impérativement être toujours fiable et rapide, car un retard, même d’une fraction de seconde, pourrait être une question de vie ou de mort. La technologie 5G est capable de garantir ceci.

Les normes 5G exigent un taux d’échec ou d’interruption inférieur ou égal à 0,00001 (ou 10^-5), soit un niveau de fiabilité environ 5000 fois supérieur à celui de la 4G. Par ailleurs, les taux de latence doivent impérativement être inférieurs à 1 milliseconde et aucune interruption ne doit survenir lorsque l’appareil ou l’utilisateur bascule d’une cellule à l’autre.⁴

"Nous devons calculer le temps nécessaire à la transmission d’un message entre les capteurs et l’ordinateur de chaque véhicule, et le temps nécessaire à la prise de décision de l’ordinateur. La durée de ce processus complet doit être inférieure à celle d’une prise de décision humaine. Nous avons besoin d’un réseau qui rende cela possible, et ce réseau, c’est la 5G." Jane Rygaard, Nokia - Responsable des réseaux sans fil dédiés (5)

Le temps de réaction moyen d’un être humain à un stimulus visuel est de 250 millisecondes (¼ de seconde) et d’environ 190 ms pour les pilotes professionnels.⁶ Une voiture roulant à 100 km/h parcourt donc environ 30 mètres avant que son conducteur (non professionnel) ne réagisse et n’appuie sur le frein. Si un véhicule autonome pouvait réagir en 10 ms, alors il ne parcourrait que 30 cm avant le freinage, ce qui représenterait une amélioration très significative. De plus, avec la réduction des durées de traitement, la vitesse de réaction pourrait atteindre 1 à 2 ms.⁴ Le débit et la fiabilité de la 5G sont essentiels pour permettre ces avancées.

La 5G permet également de connecter de bien plus nombreux appareils que la 4G. Des estimations suggèrent qu’il serait possible de connecter 1 million d’appareils par kilomètre carré. Il deviendrait donc beaucoup plus pratique de connecter toute l’infrastructure routière, par exemple les feux de circulation, les limitations de vitesse et les panneaux d’avertissement, mais aussi d’y intégrer les piétons et les cyclistes. Ces informations en temps réel permettraient de mieux gérer les flux d’usagers, de diminuer les embouteillages, d’améliorer de la sécurité, et même, de faciliter la recherche de places de stationnement.

Santé. De même que la 5G sauvera des vies en améliorant la sécurité routière, elle participera également à la transformation du secteur de la santé. De plus en plus de données sanitaires à caractère personnel sont générées pour les patients et la 5G permettra de les partager de façon fluide et en temps réel. Même les fichiers de données très volumineux, comme les IRM, peuvent être partagés rapidement et de façon fiable avec les autres thérapeutes ou spécialistes. La 5G permettra également d’optimiser la télémédecine grâce à la mise à disposition d’un spectre suffisant pour répondre à la forte croissance de la demande de conférences vidéo en haute qualité pour les consultations.

De plus, la popularité grandissante des capteurs portables dans le cadre des surveillances sanitaires et des diagnostics, à l’hôpital ou au domicile du patient, nécessitera plus de bande passante que ce que la 4G est actuellement en mesure de fournir. D’après Anthem, une compagnie d’assurance maladie américaine, 86% des médecins affirment que les appareils portables de télésurveillance médicale responsabilisent les patients par rapport à leur santé. Toujours selon Anthem, ces appareils devraient entraîner une diminution des coûts hospitaliers de 16% sur les 5 prochaines années.⁷

Industrie. Dans une usine moderne, les machines, les capteurs, la robotique et les autres formes d’équipements automatisés sont connectés à un réseau et peuvent partager des données et se répondre mutuellement en temps réel, sans intervention humaine.

Cependant, ces machines sont généralement fixes et raccordées au réseau électrique et au réseau de l’usine. Le haut niveau de fiabilité et la latence faible offerts par la 5G pourraient vraisemblablement permettre de «libérer» ces machines (à condition de pouvoir les alimenter suffisamment sur batteries ou bien de pouvoir les recharger sur différents terminaux) afin qu’elles puissent se déplacer dans toute l’usine.

Cela optimiserait l’utilisation des machines, contribuerait à la flexibilisation de l’espace et permettrait une adaptation plus rapide des lignes de production. Ces avantages pourraient permettre d’accélérer la production et de raccourcir les délais.

"Je pense que la 5G sera la colonne vertébrale numérique qui transformera notre approche de la fabrication intelligente. [Avec] une latence 5 fois plus faible et un volume de données 1000 fois supérieur, les industries pourront passer au sans fil et à une production 100% flexible." Erik Joseffon, VP et responsable des industries avancées chez Ericsson (8)

Logistique. Au-delà des portes de l’usine, la 5G est synonyme de formidables opportunités d’amélioration de l’efficacité et de la flexibilité des chaînes d’approvisionnement et logistiques, grâce à l’intégration de technologies intelligentes et de capteurs aux différentes étapes du processus. Le fait de pouvoir connecter des millions d’appareils simultanément permettrait de surveiller chaque produit individuellement depuis le réseau mobile.

Conclusion

Si nous sommes convaincus que le thème de la robotique et de l’automatisation constitue une opportunité d’investissement sur le long terme, c’est parce que nous observons un essor de l’innovation, une diversification des cas d’utilisation et des applications, et l’arrivée de nombreux nouveaux acteurs sur le marché.

Selon nous, ces tendances émergent parce que les composantes de l’innovation technologique (notamment pour les solutions de robotique et d’automatisation) n’ont jamais été aussi accessibles et bon marché, et parce qu’un nombre croissant de personnes sait désormais comment les combiner. Dans cet Insight, nous avons démontré en quoi la 5G constitue un élément essentiel du développement de l’automatisation dans plusieurs domaines clés. Il y en a bien sûr d’autres, notamment l’agriculture, la sécurité, le changement climatique et la défense, que nous n’avons pas évoqués ici.

Nous sommes persuadés que le déploiement de la 5G et la mise en œuvre d’autres éléments fondamentaux ont ouvert l’ère de l’innovation sur le marché de la robotique et de l’automatisation. L’immense potentiel de ce marché dans de nombreux secteurs de l’économie, la volonté des entreprises d’améliorer constamment leur productivité, mais aussi les défis liés au manque de main-d’œuvre et au durcissement des réglementations, nous amènent à penser qu’une part importante de la R&D et de l’innovation sera désormais probablement dédiée aux opportunités en matière de robotique et d’automatisation.

Il faudra relever certains défis, notamment les risques cybernétiques, la durée de vie des batteries, les problématiques sociales et politiques quant aux conséquences de l’automatisation sur la population active, et les enjeux environnementaux liés à l’empreinte carbone générée par le fonctionnement de millions d’appareils connectés. Cependant, dans la plupart des secteurs, nous considérons que les avantages l’emportent largement sur ces défis et sommes convaincus du pouvoir de ce thème en tant qu’opportunité d’investissement sur le long terme.

Credit Suisse Asset Management a développé des stratégies pour proposer à ses clients une exposition «100% Internet» à un grand nombre de thèmes de croissance de long terme, intéressants et complémentaires, notamment la robotique et l’automatisation, la sûreté et la sécurité, la santé numérique, la ludoéducation et l’impact environnemental.

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Risques

Pas de protection du capital: les investisseurs peuvent perdre une partie ou l’intégralité de leur placement dans ce fonds.
L’accent placé sur les entreprises de robotique peut induire une importante exposition à certains secteurs et régions.
L’exposition aux petites et moyennes capitalisations peut renforcer la volatilité à court terme et entraîner un risque de liquidité.
En raison de la possibilité d’exposition accrue aux marchés émergents, la stratégie peut être affectée par des risques politiques et économiques dans ces pays.
Les marchés des actions peuvent être volatils, en particulier à court terme.

1. 3GPP (3GPP.org), «Release 16 – The 5G System» [Release 16 - Le système 5G], dernière mise à jour: juillet 2020.
2. Source: McKinsey: «The 5G era: New horizons for advanced electronics and industrial computers.» [L’ère de la 5G: de nouveaux horizons pour l’électronique avancé et les ordinateurs industriels], 21 février 2020, rapport.
3. Source: Ericsson: «Ericsson Mobility Report – Mobile traffic outlook» [Rapport sur la mobilité d’Ericsson – Prévisions pour le trafic mobile], juin 2020.
4. Source: ITU-Telecom, «Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020» [Exigences minimales relatives aux performances techniques pour IMT-2020], novembre 2017.
5. Reportage de la BBC: «Will 5G be necessary for self-driving cars» [La 5G sera-t-elle nécessaire aux voitures autonomes ?], par Mary-Ann Russon, 26 septembre 2018.
6. Thales (Gemalto), «Introducing 5G technology and networks (definition, use cases and rollout)» [Lancement de la technologie et des réseaux 5G (définition, cas d’utilisation et déploiement), 2019.
7. Magazine Forbes, «The 5G and IoT revolution is coming» [La révolution de la 5G et de l’Internet des Objets est en route], par Randal Kenworthy, 18 novembre 2019.
8. Article de SME (sme.org), «Ericsson, Hexagon cook up an example of 5G in action» [Ericsson et Hexagon concoctent un exemple de technologie 5G concrète], 17 juillet 2020.

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5G: permettre l’innovation dans la robotique et l’automatisation

Qu’est-ce que la 5G?

Graphique 1. Les améliorations apportées par la 5G

Une technologie modulable

Schéma 2.: Une technologie modulable: cas d’utilisation recommandés pour les fréquences 5G basses, moyennes et hautes

Vagues

Graphique 3. Prévisions concernant le nombre d’appareils connectés aux réseaux 5G

La vague industrielle

Illustration 1. Illustration du système d’aide à la conduite avancé de Veoneer Inc.

Graphique 4. Prévisions concernant le nombre d’appareils connectés aux réseaux 5G

Conclusion

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