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Les avancées ont permis une baisse de 90% du prix des batteries lithium-ion rechargeables en 10 ans. Le Japon et la Corée du Sud mènent la course.
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, l'activité brevets concernant les batteries et autres technologies de stockage de l'électricité a 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.
D’après le rapport, près de 90% de l'activité brevets réalisée dans le domaine du stockage de l'électricité concernent les batteries. 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 en particulier 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, avant l’Europe, la Chine et les Etats-Unis. En Europe, la plupart des brevets dans le secteur ont été déposés en Allemagne (5‘080 entre 2000 et 2018), en France (1’354) et en Grande-Bretagne (652) (voir le graphique 2). Au cours de la même période, 232 brevets ont été déposés par la Suisse, dont environ 40% entre 2014 et 2018.
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 batteries Lithium-ion destinées aux véhicules électriques et d'environ 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», indique le Directeur général 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.»
Depuis 2000, à l'échelle mondiale, les entreprises ont déposé plus de 65’000 familles de brevets internationales (FBI) dans le domaine du stockage de l'électricité. Le nombre annuel de FBI est monté en flèche, passant de 1500 en 2005 à plus de 7000 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%).
La technologie lithium-ion (Li-ion), dont l'usage s'est imposé dans l'électronique portable et les véhicules électriques, 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. 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.
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.
La course mondiale à la technologie des batteries est clairement dominée par des entreprises asiatiques, avec en première ligne des entreprises japonaises et sud-coréennes. Neuf des dix premiers demandeurs de brevet mondiaux en matière de batteries sont (7 entreprises) ou sud-coréens (2 entreprises). Deux tiers des 25 premiers sont asiatiques, six sont des entreprises européennes et deux des entreprises des États-Unis (voir Graphique 3). 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%).