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Étude OEB-AIE : la croissance rapide de l'innovation dans le domaine des batteries est un élément déterminant pour la transition vers des énergies propres

EPO-IEA joint study on battery innovation

L'amélioration des capacités de stockage de l'électricité est un élément déterminant pour la transition vers des technologies à énergie propre. Entre 2005 et 2018, les dépôts de brevets liés aux batteries et autres technologies de stockage de l'électricité ont augmenté en moyenne de 14% par an dans le monde, soit une croissance quatre fois supérieure à la moyenne de l'ensemble des domaines technologiques. Tel est le constat de l'étude menée conjointement par l'Office européen des brevets (OEB) et l'Agence internationale de l'énergie (AIE), publiée ce jour.

Le rapport intitulé L'innovation dans le domaine des batteries et du stockage de l'électricité – Une analyse globale fondée sur les données de brevets montre que près de 90% de l'activité brevets réalisée dans le domaine du stockage de l'électricité concernent les batteries. D'autre part, la croissance de l'innovation serait due essentiellement aux progrès réalisés sur les batteries lithium-ion rechargeables, utilisées dans les appareils électroniques grand public et dans les véhicules électriques. La mobilité électrique favorise notamment le développement de nouvelles associations chimiques lithium-ion améliorant la puissance, la durabilité, la vitesse de charge/décharge et la recyclabilité. Le progrès technologique profite actuellement aussi de la tendance imposant d'intégrer une plus grande part d'énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne ou solaire dans les réseaux électriques.

L'étude montre également que le Japon et la Corée du Sud ont pris une bonne longueur d'avance dans la technologie des batteries au niveau mondial. Ces dernières années, les progrès techniques et la production de masse dans ce secteur arrivant pleinement à maturité ont fait chuter les prix, de presque 90% depuis 2010 pour les batterie Li-ion destinées aux véhicules électriques et d'environ les deux tiers sur la même période pour les applications stationnaires, notamment pour la gestion du réseau électrique.

L'un des défis majeurs pour l'avenir est de développer des solutions de stockage de l'électricité de meilleure qualité et moins chères : selon le scénario de développement durable de l'AIE, pour répondre aux objectifs climatiques et en termes d'énergie durable, d'ici 2040, le monde aura besoin de batteries et d'autres solutions de stockage d'énergie capables d'assurer une production de près de 10 000 gigawatt-heures, soit 50 fois la capacité du marché actuel.

"La technologie de stockage de l'énergie joue un rôle essentiel lorsqu'il s'agit de répondre à la demande de mobilité électrique et d'opérer la transition vers des énergies renouvelables, nécessaire si vous voulons atténuer le changement climatique", explique le Président de l'OEB, António Campinos. "La hausse rapide et soutenue de l'innovation en matière de stockage de l'électricité montre que les inventeurs et les entreprises s'emploient aujourd'hui pleinement à relever le défi de la transition énergétique. Les données de brevet révèlent que si l'Asie est fortement en tête dans ce secteur stratégique, les États-Unis et l'Europe peuvent compter sur un riche écosystème en matière d'innovation, notamment un grand nombre de PME et d'instituts de recherche capables de les aider à rester en lice pour la prochaine génération de batteries."

"Les projections de l'AIE sont claires : le stockage d'énergie devra se développer de manière exponentielle au cours des décennies à venir pour que le monde puisse répondre aux objectifs internationaux concernant le climat et l'énergie durable. Pour parvenir à cette croissance, une accélération de l'innovation sera essentielle", a indiqué le Directeur exécutif de l'AIE, Fatih Birol. "En unissant les forces complémentaires de l'AIE et de l'OEB, ce rapport apporte un éclairage nouveau sur les tendances d'aujourd'hui en matière d'innovation, aidant les gouvernements et les entreprises à prendre des décisions avisées pour notre avenir énergétique."

Croissance rapide de l'innovation concernant le stockage de l'électricité

Le rapport présente les principales tendances de l'innovation concernant le stockage de l'électricité entre 2000 et 2018, mesurées en termes de familles de brevets internationales (FBI). Chacune de ces familles représente une invention de grande valeur pour laquelle des demandes de brevet ont été déposées dans deux offices de brevets au moins dans le monde. Les demandes de brevet étant déposées des mois voire des années avant la commercialisation du produit, elles sont souvent considérées comme un premier indicateur des futures tendances technologiques.

Depuis 2000, à l'échelle mondiale, les entreprises ont déposé plus de 65 000 FBI dans le domaine du stockage de l'électricité. Le nombre annuel de FBI est monté en flèche, passant de 1 500 en 2005 à plus de 7 000 en 2018. Avec un taux de croissance annuel de 14% depuis 2005, cette hausse dépasse largement la hausse annuelle moyenne enregistrée pendant la même période sur l'ensemble des domaines technologiques (3,5%).

Entre 2000 et 2018, les inventions concernant des batteries représentaient neuf brevets liés au stockage d'électricité sur dix, loin devant les solutions électriques (9%), thermiques (5%) et mécaniques (3%). De plus, les batteries étaient le seul domaine à afficher une tendance à la hausse ces dernières années, atteignant un nouveau sommet en 2018, ce qui souligne leur position dominante dans le paysage de l'innovation en matière de stockage d'électricité.

L'augmentation des véhicules électriques pousse à l'innovation du Li-ion

Le rapport établit que depuis 2005, c'est la technologie lithium-ion (Li-ion), dont l'usage s'est imposé dans l'électronique portable et les véhicules électriques, qui génère l'essentiel de l'innovation en matière de batteries. En 2018, les avancées concernant la technologie Li-ion représentaient 45% de l’activité brevets liée aux cellules de batteries, contre seulement 7% pour les autres procédés chimiques. 

En 2011, les véhicules électriques ont dépassé l'électronique grand public et sont devenus le principal moteur de croissance pour les inventions liées aux batteries Li-ion (Voir le Graphique : Nombre de FBI relatives aux packs de batteries, 2000-2018). Les améliorations apportées aux packs de batteries des voitures électriques ont eu des retombées positives sur les applications stationnaires, notamment pour la gestion du réseau électrique.

Le rapport montre aussi que l'activité brevets dans la fabrication des cellules de batteries et les évolutions techniques connexes a triplé au cours de la dernière décennie. Ces deux domaines représentaient presque la moitié (47 %) de l’activité brevets liée aux cellules de batteries en 2018, signe évident de la maturité de ce secteur et de l’importance stratégique de la mise en place d'une production de masse efficace.

Par ailleurs, d'autres technologies de stockage telles que les supercondensateurs et les batteries à flux circulants (Redox Flow), capables de combler certaines faiblesses des batteries Li-ion, se profilent de plus en plus nettement à l'horizon.

Entreprises asiatiques en tête

L'étude montre que la course mondiale à la technologie des batteries est clairement dominée par des entreprises asiatiques, avec plus précisément en première ligne des entreprises japonaises et sud-coréennes. Neuf des dix premiers demandeurs de brevet mondiaux en matière de batteries sont asiatiques, tout comme les deux tiers des 25 premiers, parmi lesquels figurent également six entreprises européennes et deux entreprises des États-Unis. Les cinq premiers demandeurs (Samsung, Panasonic, LG, Toyota et Bosch) représentent ensemble plus d'un quart de toutes les FBI déposées entre 2000 et 2018.

 

Si l'innovation concernant la technologie des batteries se concentre encore largement au sein d'un groupe restreint de très grandes entreprises, il n'empêche qu'aux États-Unis et en Europe, de plus petites entreprises, des universités et des organismes de recherche publics jouent aussi un rôle majeur dans ce domaine. Aux États-Unis, 34,4% des FBI sont déposées par des PME et 13,8% par des universités et organismes de recherche. En Europe, ces chiffres sont respectivement de 15,9% et 12,7%, soit un contraste par rapport au Japon (3,4% et 3,5%) et à la République de Corée (4,6% et 9,0%).

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