Colloque de l’AX 2016 Table ronde : Énergie, un peu de sérieux

Quel rôle le gaz peut-il jouer dans cette évo­lu­tion ? On con­state qu’il voit sa con­som­ma­tion aug­menter d’ici 2030 dans tous les scé­nar­ios envi­ron­nemen­taux, y com­pris les plus exigeants. C’est qu’en fait, le gaz est une com­posante essen­tielle de la tran­si­tion énergé­tique : il peut d’une part être con­sid­éré comme le par­fait allié des ENR élec­triques ; il s’agit d’autre part d’une énergie en mou­ve­ment, dont l’attractivité et les per­for­mances envi­ron­nemen­tales sont en con­stante amélio­ra­tion ; le méthane est enfin un pro­duit en évo­lu­tion, qui a voca­tion à inclure une part crois­sante de gaz renouvelable. 

Gaz et ENR électriques : des énergies complémentaires

L’ambition de recourir pri­or­i­taire­ment aux ENR pour pro­duire de l’électricité ne se con­cré­tis­era que si une solu­tion accept­able est trou­vée au prob­lème posé par l’intermittence de la pro­duc­tion renou­ve­lable. Aus­si, en cas de mod­i­fi­ca­tion des con­di­tions météorologiques et tant que le stock­age direct de l’électricité reste très coû­teux, il est indis­pens­able qu’une autre unité de pro­duc­tion puisse pren­dre le relais pour pal­li­er l’interruption de four­ni­ture. En rai­son de leur flex­i­bil­ité et de leurs faibles émis­sions de CO₂, les cen­trales à cycle com­biné au gaz sont les plus à même d’exercer cette fonction. 

Au-delà de cette fonc­tion, tout rem­place­ment d’une autre énergie fos­sile par du gaz naturel se traduit par un gain sig­ni­fi­catif pour l’environnement. Ain­si, si on rem­plaçait instan­ta­né­ment aujourd’hui dans le monde les cen­trales élec­triques brûlant du char­bon ou des pro­duits pétroliers par des cen­trales à gaz, le mon­tant des émis­sions totales de CO₂ bais­serait de plus de 13 %. De sur­croît, une telle sub­sti­tu­tion du gaz aux pro­duits les plus pol­lu­ants se traduit par une amélio­ra­tion sen­si­ble de la qual­ité de l’air (réduc­tion de 70 % des émis­sions de NOx par rap­port au fioul et au charbon). 

Le gaz assure la sécurité et l’approvisionnement et permet de réduire les émissions de gaz à effets de serre

Le gaz est donc une énergie qui assure sans rup­ture la sécu­rité de l’approvisionnement et per­met de réduire sig­ni­fica­tive­ment les émis­sions de gaz à effet de serre, sans provo­quer les boule­verse­ments mas­sifs et coû­teux du sys­tème énergé­tique qu’induirait le pas­sage à un sys­tème tout élec­trique : il fait par­tie, au même titre que les ENR élec­triques et l’efficacité énergé­tique, du bou­quet de solu­tions au prob­lème du change­ment cli­ma­tique pour les prochaines décen­nies. Util­isé en tant que pro­duit final, le gaz est affec­té par des évo­lu­tions tech­nologiques qui vont dans le sens d’une effi­cac­ité énergé­tique accrue : 

• les pom­pes à chaleur au gaz naturel sont en cours d’adaptation pour per­me­t­tre leur util­i­sa­tion dans tout type d’habitation ;
• le secteur du chauffage au gaz va égale­ment être trans­for­mé par l’apparition des chaudières hybrides, qui com­bi­nent une pompe à chaleur de petite puis­sance, adap­tée à des con­di­tions cli­ma­tiques clé­mentes, et une chaudière à con­den­sa­tion pour les con­di­tions plus rigoureuses : par un sim­ple sig­nal, la chaudière hybride peut ain­si bas­culer d’un fonc­tion­nement élec­trique à un fonc­tion­nement tout gaz. Cette tech­nolo­gie per­met d’adapter le fonc­tion­nement du sys­tème de chauffage à la météorolo­gie locale, aux con­di­tions d’utilisation des réseaux ain­si qu’à l’équilibre offre-demande ; 
• les micro-cogénéra­tions de nou­velle généra­tion, ali­men­tées par une pile à com­bustible, per­me­t­tent égale­ment de dimin­uer sen­si­ble­ment les con­som­ma­tions énergé­tiques en pro­duisant simul­tané­ment la chaleur et l’électricité néces­saires à l’alimentation d’une maison ; 
• les comp­teurs com­mu­ni­cants (comme Gaz­par, dévelop­pé par GRDF), per­me­t­tent de récupér­er des infor­ma­tions fines sur la con­som­ma­tion de gaz et de les traiter en asso­ci­a­tion avec d’autres don­nées (habi­tudes de vie, con­som­ma­tions sur la zone) : il sera ain­si pos­si­ble d’offrir des ser­vices d’alertes, de con­seils et de pilotage auto-adap­tatif des instal­la­tions, qui pèseront à la baisse sur les consommations ; 
• enfin, les solu­tions au gaz naturel béné­fi­cient de l’apport de la dig­i­tal­i­sa­tion désor­mais à l’œuvre dans tous les secteurs de l’énergie : les chauffages gaz se dotent de ther­mostats inté­grés intel­li­gents, pilota­bles à dis­tance via smart­phone, tablette ou ordi­na­teur ou s’équipent de ther­mostats autonomes. 

Dans le secteur du trans­port, l’utilisation du gaz peut égale­ment avoir un impact posi­tif sur l’environnement : ain­si, le rem­place­ment pro­gres­sif, dans les véhicules lourds, du diesel par du GNL per­me­t­trait de réduire de 7 % les émis­sions de CO₂ par les véhicules et con­tribuerait notable­ment à amélior­er la qual­ité de l’air.

Vers un gaz de plus en plus vert

Pro­gres­sive­ment, le gaz naturel va être rem­placé dans les infra­struc­tures par du gaz vert, dont la pro­duc­tion n’implique aucune émis­sion de CO₂ sup­plé­men­taire. De nou­velles généra­tions de gaz renou­ve­lable vont par ailleurs appa­raître pour com­pléter le biogaz que nous con­nais­sons aujourd’hui, pro­duit par diges­tion anaéro­bique de bio­masse humide. Le bio­méthane de deux­ième généra­tion se fonde sur l’utilisation de matière lig­no­cel­lu­losique (de type bois, paille) : cette fil­ière est en phase de développe­ment et devrait pou­voir être indus­tri­al­isée à par­tir de 2020. Le bio­méthane de troisième généra­tion est pro­duit par méthani­sa­tion de microalgues en milieu con­finé (bassins ou tubes) à par­tir d’eau, d’effluents et de ray­on­nement solaire : l’application à l’échelle indus­trielle de cette tech­nolo­gie est prévue vers 2030. 

L’électricité renou­ve­lable pro­duite en sur­plus de la demande locale peut être util­isée pour pro­duire de l’hydrogène par élec­trol­yse. Cet hydrogène peut être stocké sans lim­ite de durée, ou directe­ment injec­té dans le réseau de gaz naturel pour aug­menter le pou­voir calori­fique du gaz trans­porté dans les infra­struc­tures, ou encore être com­biné avec du CO₂ pour pro­duire du méthane de syn­thèse. Ces solu­tions, car­ac­térisées par des évo­lu­tions tech­nologiques impor­tantes, sont com­plé­men­taires aux tech­nolo­gies de stock­age de court terme en matière d’électricité (bat­ter­ies) en ceci qu’elles per­me­t­tent de stock­er l’énergie excé­den­taire sans lim­ite de durée ni de quantité. 

Fort de ces développe­ments tech­nologiques en cours, le gaz a toute sa place en tant qu’énergie verte dans la lutte con­tre le réchauf­fe­ment cli­ma­tique et sa con­tri­bu­tion est encore accrue avec les solu­tions smart, aujourd’hui en voie de développe­ment. Dans un paysage énergé­tique de plus en plus décen­tral­isé, le gaz pos­sède tous les atouts pour apporter des solu­tions adap­tées aux enjeux envi­ron­nemen­taux locaux et con­stituer une énergie essen­tielle pour les prochaines décennies. 

La compétitivité, facteur clé de cette croissance sans précédent

Cette crois­sance impor­tante au niveau mon­di­al ne saurait s’expliquer unique­ment par une soudaine préoc­cu­pa­tion envi­ron­nemen­tale de la part des énergéti­ciens, mais reflète essen­tielle­ment la prise en compte d’une nou­velle réal­ité économique : dans de nom­breux pays, les éner­gies éoli­enne et pho­to­voltaïque sont désor­mais com­péti­tives par rap­port aux autres sources d’électricité si l’on com­pare les nou­velles capac­ités instal­lées. Cet avan­tage com­péti­tif des éner­gies renou­ve­lables va s’accroître dans les années à venir. Cette carte n’indique pas les résul­tats des appels d’offres les plus récents : en 2016 au Chili, des appels d’offres ont révélé un prix de USD 38.10/MWh pour l’éolien et USD 29.10/MWh pour le solaire, ce qui con­stitue le prix le plus bas jamais pro­posé à ce jour. 

Source : IEA Renew­able Ener­gy Medi­um Term Mar­ket Report 2015

L’énergie solaire pho­to­voltaïque a vu son coût divisé par 10 en l’espace de 10 ans et cette ten­dance devrait se pour­suiv­re avec des marges de pro­gres­sion impor­tantes : l’industrialisation à grande échelle des com­posants des cen­trales solaires ne fait que com­mencer, et la tech­nolo­gie est encore loin d’avoir atteint sa matu­rité. Des inno­va­tions basées sur des matéri­aux tels que le Pérovskite sont actuelle­ment en cours de développe­ment dans les lab­o­ra­toires². Les pre­miers résul­tats obtenus indiquent qu’une divi­sion par cinq du prix des pan­neaux solaires serait tech­nique­ment pos­si­ble avec le déploiement de cette nou­velle généra­tion de cellules. 

Une ten­dance sim­i­laire, bien que moins abrupte, est observée pour l’éolien dont le coût dimin­ue en moyenne de 12 % à chaque dou­ble­ment de capac­ité instal­lée³. Les gains de com­péti­tiv­ité sont essen­tielle­ment le résul­tat de l’augmentation de la puis­sance uni­taire (mul­ti­pliée par 10 entre 1997 et 2007) grâce à l’amélioration du pro­fil des pales et l’accroissement de la taille des instal­la­tions. Les marges de pro­gres­sion rési­dent dans l’offshore, qui présente des vents plus forts et plus réguliers et des con­traintes d’espace et d’acceptabilité locale moin­dres, même si les défis tech­niques posés par la con­struc­tion et la main­te­nance demeurent impor­tants. L’un des axes de développe­ment actuels porte sur les instal­la­tions flot­tantes, qui présen­tent l’avantage de s’affranchir des prob­lé­ma­tiques d’implantation en profondeur. 

Comme tout phénomène dis­rup­tif, la crois­sance des éner­gies renou­ve­lables ne va pas sans défis à relever. On peut en citer trois principaux : 

• Leur inté­gra­tion au réseau, par­fois présen­tée comme soule­vant des prob­lèmes insur­monta­bles. Pour­tant, d’après RTE une pro­duc­tion pho­to­voltaïque jusqu’à 8–10 % de la con­som­ma­tion française d’électricité (soit 5 fois plus impor­tante qu’aujourd’hui) est inté­grable sur le réseau actuel sans aucun investisse­ment. Selon l’Agence inter­na­tionale de l’énergie, un taux de 40 % d’énergies renou­ve­lables inter­mit­tentes (solaire et éolien, hors hydro) dans le mix élec­trique est envis­age­able en l’état actuel avec quelques investisse­ments mineurs. En 2012, ce taux était déjà de plus de 30 % au Dane­mark. Des taux plus impor­tants sont acces­si­bles sous réserve de dévelop­per des solu­tions de flex­i­bil­ité de la demande et d’avoir accès à des capac­ités de stock­age de l’électricité com­péti­tives⁴.
• Leur inté­gra­tion au marché, évo­lu­tion naturelle après une péri­ode de lance­ment générale­ment car­ac­térisée par d’importantes sub­ven­tions. Cette évo­lu­tion est déjà une réal­ité en Europe. Elle s’accompagne de l’émergence de nou­veaux acteurs, les agré­ga­teurs, qui assurent le lien entre la pro­duc­tion décen­tral­isée et les marchés sur lesquels s’effectue chaque jour l’équilibre entre l’offre et la demande⁵.
• Leur finance­ment, car les parcs solaires, les fer­mes éoli­ennes et les bar­rages hydroélec­triques sont des act­ifs très cap­i­tal­is­tiques. Le coût d’accès aux cap­i­taux (fonds pro­pres ou dette ban­caire) représente donc une dimen­sion essen­tielle du prix final de l’électricité.

Ces trois défis sont par­fois invo­qués pour remet­tre en ques­tion la com­péti­tiv­ité des éner­gies renou­ve­lables : leur prix affiché n’intégrerait pas les coûts du réseau, l’équilibrage du sys­tème, la ges­tion de l’intermittence, et ne serait aus­si bas que grâce à des mécan­ismes de sou­tien qui per­me­t­tent d’en garan­tir le niveau au pro­duc­teur sur des durées de 15 ou 20 ans. Si ces reproches ont pu être fondés lors des pre­miers bal­bu­tiements du milieu des années 2000, ils doivent désor­mais être forte­ment nuancés. En France par exem­ple, les coûts de ren­force­ment du réseau élec­trique résul­tant de la crois­sance des éner­gies renou­ve­lables, sont entière­ment à la charge des pro­duc­teurs via les Sché­mas Régionaux de Rac­corde­ment au Réseau des Éner­gies Renou­ve­lables (S3REnR). L’équilibrage du sys­tème, naguère à la charge d’EDF dans le cadre du mécan­isme d’obligation d’achat, sera désor­mais assuré par les agré­ga­teurs (en tant que « respon­s­ables de périmètre d’équilibre ») lesquels fac­tureront ce ser­vice aux pro­duc­teurs (les mon­tants con­cernés sont de l’ordre de 1 à 3 €/MWh).

La France : un potentiel immense encore inexploité

Face à cette révo­lu­tion mon­di­ale, la France a accu­mulé un retard impor­tant par rap­port à ses voisins : le parc solaire français atteint une capac­ité de 5,8 GWc à la fin 2015, con­tre plus de 40 GWc en Alle­magne, pays ne jouis­sant pour­tant pas d’un ensoleille­ment par­ti­c­ulière­ment attrac­t­if. Quant au parc éolien, il dépasse à peine les 10 GW en France con­tre plus de 45 GW en Alle­magne, alors même que la France, avec son lit­toral et ses trois régimes de vent, présente le sec­ond poten­tiel éolien d’Europe après le Roy­aume-Uni. L’hydraulique représente certes 13,7 % du mix élec­trique français, mais l’éolien seule­ment 4,5 % et le solaire 1,6 % de la con­som­ma­tion nationale⁶.

Les caus­es de ce retard sont con­nues : insta­bil­ité régle­men­taire et fis­cale, com­plex­ité des procé­dures d’urbanisme, cal­en­dri­er irréguli­er des appels d’offres, lenteurs admin­is­tra­tives, etc. Les con­séquences sont mal­heureuse­ment déjà vis­i­bles : les prin­ci­paux lead­ers indus­triels sur ce marché en pleine crois­sance sont alle­mands, chi­nois, améri­cains. Un marché dynamique en France est la con­di­tion préal­able pour que des entre­pris­es français­es puis­sent pren­dre toute leur place dans la com­péti­tion mon­di­ale. Signe encour­ageant, la loi de tran­si­tion énergé­tique prévoit, d’ici 2030, de porter la part des éner­gies renou­ve­lables à 32 % de la con­som­ma­tion finale brute d’énergie soit 40 % du mix élec­trique. La pour­suite de ces objec­tifs et le suivi effi­cace de leur mise en œuvre, seront les enjeux prin­ci­paux de la décen­nie à venir si la France veut con­tin­uer à jouer un rôle de pre­mier plan face aux enjeux énergé­tiques mondiaux. 

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1. IRENA – Renew­able Ener­gy Sta­tis­tics 2016
2. Voir notam­ment les travaux du Pro­fesseur Michael GRÄTZEL de l’EPFL
et du Pro­fesseur Prof Hen­ry Snaith de l’Université d’Oxford
3. IRENA – The Pow­er to Change – Juin 2016
4. Voir l’article de Yann Laot – Le stock­age d’énergie : une nou­velle ère pour une tech­nolo­gie au cœur de la tran­si­tion énergétique.
5. Voir l’article de Nico­las Ott — La ges­tion sur les marchés de l’énergie renou­ve­lable intermittente.
6. RTE, Bilan élec­trique annuel 2015

Ainsi Thomas Edi­son, pour­tant lui-même inven­teur des bat­ter­ies nick­el-fer, dédaig­nait les bat­ter­ies¹. Les tech­nolo­gies de l’époque – plomb, nick­el-fer – n’avaient tous sim­ple­ment ni les per­for­mances, ni le coût pour s’imposer plus large­ment face à l’extension des réseaux élec­triques et l’essor du pom­page-turbinage hydraulique en sta­tion­naire, et face au véhicule ther­mique dans les transports. 

Le paysage en 2016 est sen­si­ble­ment dif­férent : les bat­ter­ies sont partout, cou­vrant qua­tre grands marchés que sont l’électronique civ­il (smart­phones, out­ils por­tat­ifs, comp­teurs intel­li­gents, etc.), la défense et l’espace, l’industrie (oil & gaz, télé­coms, etc.) et les trans­ports (allant du véhicule ther­mique aux bateaux, trains et avions). 

Et avec d’autres formes de stock­age de l’énergie élec­trique ou ther­mique, les bat­ter­ies ont désor­mais un impact gran­dis­sant sur le monde de l’énergie. D’une part dans la mobil­ité avec une élec­tri­fi­ca­tion crois­sante du trans­port (véhicules hybrides et tout-élec­trique, bus, etc.) et d’autre part dans le secteur de l’électricité, où le stock­age con­stitue l’une des solu­tions clef à l’intermittence des renou­ve­lables. Il s’agit donc d’un dri­ver pour leur essor accéléré, aus­si bien pour les appli­ca­tions liées aux fer­mes renou­ve­lables et aux réseaux que pour les ressources dis­tribuées comme le solaire pho­to­voltaïque (rési­den­tiel, com­mer­cial & industriel). 

Depuis Edi­son, les pro­grès sci­en­tifiques ont per­mis l’avènement de tech­nolo­gies de bat­ter­ies bien plus per­for­mantes. Il n’existe cepen­dant pas de bat­terie par­faite, ni plus générale­ment de tech­nolo­gie de stock­age d’énergie par­faite : le marché est car­ac­térisé par la coex­is­tence de nom­breuses chimies, allant du plomb (tou­jours pré­dom­i­nant), nick­el-métal hydrure et nick­el­cad­mi­um au lithi­um-ion. Cette dernière, com­mer­cial­isée au début des années 1990 et dont la haute den­sité d’énergie – en con­stante pro­gres­sion depuis – est la prin­ci­pale car­ac­téris­tique, con­stitue un tour­nant tech­nologique impor­tant, qui a soutenu la révo­lu­tion de l’électronique portable grand public. 

Grâce à l’ouverture de nou­veaux seg­ments de marché, le lithi­um-ion est en crois­sance rapi­de, représen­tant le tiers des ventes mon­di­ales de bat­ter­ies en 2015 et poten­tielle­ment les deux tiers à hori­zon 2030². Cette impor­tance gran­dis­sante se jus­ti­fie par son adapt­abil­ité per­mise par ses nom­breuses chimies et leurs avan­tages spé­ci­fiques, du nick­el-cobalt-alu­mini­um au fer­phos­phate, en pas­sant par le lithi­um-métal polymère, voir demain le lithi­um-soufre et le lithi­um-air, par sa mod­u­lar­ité (de quelques W et Wh à plusieurs dizaines de MW et MWh), par l’amélioration con­tin­ue de ses per­for­mances – den­sité, durée de vie, effi­cac­ité, sécu­rité – et par la décrois­sance soutenue de ses coûts.

Au-delà du lithi­um-ion, des tech­nolo­gies émer­gentes (de bat­ter­ies : sodi­um-ion, zinc-air, redox-flow et des tech­nolo­gies de stock­age par air com­primé, volants d’inertie, etc.) ouvrent de nou­velles per­spec­tives, en par­ti­c­uli­er pour les appli­ca­tions sta­tion­naires, où les con­traintes por­tent plus sur le coût, la durée de vie et la mod­u­lar­ité que sur la den­sité en énergie. 

Les oppor­tu­nités de crois­sance asso­ciées sont impor­tantes, de l’ordre de + 6 %/an (en valeur) pour l’ensemble du marché des bat­ter­ies, supérieures à la crois­sance du PIB mon­di­al : les ventes mon­di­ales pour­raient ain­si pass­er d’environ 64 mil­liards de dol­lars en 2015 à 165 G$ ou plus en 2030². Cette pro­gres­sion vient à la fois d’une crois­sance soutenue dans les seg­ments his­toriques, en par­ti­c­uli­er l’industrie et l’électronique civile, et de l’essor des nou­veaux seg­ments que sont la mobil­ité élec­trique (+ 15 %/an) et les appli­ca­tions sta­tion­naires pour les réseaux et les renou­ve­lables (+20 %/an).

Ce chiffre d’affaires n’inclut pas les élé­ments envi­ron­nants – ges­tion ther­mique, sys­tèmes de ges­tion de l’énergie, élec­tron­ique de puis­sance, pack­ag­ing, etc. – qui ajoutent encore en valeur ajoutée pour de nom­breux acteurs du com­posant, de l’intégration sys­tème, du développe­ment de solu­tion, de l’installation, du finance­ment, de l’opération et de la maintenance. 

Le marché des bat­ter­ies est frag­men­té, tant par la diver­sité des appli­ca­tions que par la dif­férence de forte valeur ajoutée selon le type d’application et les seg­ments de marchés adressés. La mobil­ité élec­trique de masse (auto­mo­bile, bus) et le sta­tion­naire pour les renou­ve­lables et les réseaux, comme pour d’autres indus­tries en très forte crois­sance par exem­ple le pho­to­voltaïque, con­nais­sent aujourd’hui une intense com­péti­tion car­ac­térisée par une guerre des prix et des vol­umes. Si l’occident et l’Europe en par­ti­c­uli­er ont été le berceau des inven­tions suc­ces­sives de bat­ter­ies et de leur indus­tri­al­i­sa­tion de 1870 à 1970 – 60 % de la pro­duc­tion mon­di­ale de bat­ter­ies plomb est encore le fait d’industriels occi­den­taux – et si l’invention du lithi­um-ion est d’origine améri­cano-française³, le barycen­tre du monde des bat­ter­ies se situe aujourd’hui en Asie : 90 % des emplois indus­triels⁴, 90% de la chaîne d’approvisionnement⁵ et plus de 95 % de la pro­duc­tion de cel­lules lithi­um-ion 2 sont local­isés au Japon, en Corée et en Chine. 

Pour autant le curseur com­mence à bouger, comme le mon­trent les investisse­ments en cours dans de nou­velles usines de fab­ri­ca­tion au Neva­da et en Europe de l’Est.

En effet avec une indus­trie du lithi­um-ion en crois­sance moyenne supérieure à +10 %/an (en valeur), con­nais­sant une diminu­tion moyenne des prix de ‑7 %/an⁶ et une pos­si­ble recon­fig­u­ra­tion avec l’avènement des usines 4.0, une nou­velle course est engagée, à même de rebat­tre les cartes tout le long de la chaîne de valeur : de nou­veaux acteurs se lan­cent dans la fab­ri­ca­tion de cel­lules lithi­um-ion, comme l’américain Tes­la allié au japon­ais Pana­son­ic, alors que dans le même temps le pio­nnier his­torique, le japon­ais Sony, est en passe de reven­dre ses activ­ités de fab­ri­ca­tion de cel­lules à son com­pa­tri­ote Mura­ta. Et les fron­tières entre cer­taines chaînes de valeur se font plus floues, ain­si cer­tains fab­ri­cants auto­mo­biles comme Daim­ler ou Tes­la se rap­prochent d’un posi­tion­nement « plate­forme », où la bat­terie est vue comme une com­pé­tence cen­trale dont la maîtrise per­met d’adresser aus­si bien leur marché cœur de la mobil­ité, que les marchés de l’énergie.

Dans ce paysage en pleine évo­lu­tion soutenu par une crois­sance por­teuse, la France et l’Europe ont de nom­breux atouts à faire val­oir : un R & D académique mon­di­ale­ment recon­nue (RS2E, CEA, Ali­s­tore, etc.), des indus­triels nom­breux cou­vrant toute la chaîne de valeur du stock­age, des matéri­aux et de la fab­ri­ca­tion à l’intégration sys­tème et l’opération, inclu­ant aus­si bien de grands groupes que des PMEs ou des start-ups (Total, EDF, ENGIE, Schnei­der, Bol­loré, Umi­core, Solvay, EasyLi, Forsee, PSA, Renault-Nis­san, etc.). 

La France pos­sède aus­si un fleu­ron indus­triel de dimen­sion inter­na­tionale, SAFT – désor­mais mem­bre du groupe Total – leader mon­di­al des bat­ter­ies haute tech­nolo­gie et l’un des quelques fab­ri­cants occi­den­taux ayant pris – à l’échelle indus­trielle – le virage tech­nologique du lithium-ion. 

Le stock­age d’énergie est une belle oppor­tu­nité de crois­sance pour l’industrie européenne, qui deman­dera une stratégie à la hau­teur des efforts déployés par les lead­ers asi­a­tiques. Dans ce jeu de long terme entre les acteurs, Hen­ri Kissinger⁷ s’appuyait sur la dif­férence entre les échecs et le jeu de go pour illus­tr­er les dif­férences de pen­sées entre Occi­dent et Orient : 

« Chess has only two out­comes : draw and check­mate. The objec­tive of the game is total vic­to­ry or defeat. The aim of go is rel­a­tive advan­tage ; the game is played all over the board, and the objec­tive is to increase one’s options and reduce those of the adver­sary. The goal is less vic­to­ry than per­sis­tent strate­gic progress. »

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1. The Elec­tri­cian (Lon­don) Feb. 17, 1883, p. 329
2. Avi­cennes 2016, The Recharge­able Bat­tery Mar­ket and Main Trends
Bat­ter­ies toutes chimies con­fon­dues, mais sans les piles ni les stock­ages hydraulique et mécanique.
3. Rachid Yaza­mi (FR-MA), Yoshio Nishi (JP), John Good­e­nough (USA) et Aki­ra Yoshi­no (JP) en ligne ici
4. Duke Uni­ver­si­ty 2010, Lithi­um-ion Bat­ter­ies for Elec­tric Vehi­cles : The U.S. val­ue chain
5. HSBC Avril 2016, Asia EV and Battery
6. Nature Cli­mate Change Mars 2015, Rapid­ly falling costs of bat­tery packs for elec­tric vehicles
7. Newsweek Novem­ber 2004, Dr. Hen­ry Kissinger

Ce développe­ment a été ren­du pos­si­ble grâce à la mise en place de sys­tèmes de sou­tiens inci­tat­ifs avec comme sché­ma prin­ci­pal le sys­tème de tarif de rachat : un pro­duc­teur renou­ve­lable voit son élec­tric­ité rachetée par un acheteur désigné par l’État pour une durée longue (typ­ique­ment entre 15 et 20 ans) à un prix fixé régle­men­taire­ment. Cette vis­i­bil­ité a don­né un cadre adéquat pour faire émerg­er des fil­ières renou­ve­lables et les faire mon­ter en matu­rité par l’engouement d’investisseurs.

Cepen­dant, ce sys­tème a ses lim­ites car il n’est pas dynamique. Il ne tient pas compte des évo­lu­tions de prix dans une journée ou sur une plus longue péri­ode. Il ne tient pas compte directe­ment de l’évolution de la con­som­ma­tion, etc. Or l’enjeu d’un sys­tème élec­trique est de pou­voir être dynamique, réac­t­if pour mieux con­necter une pro­duc­tion de plus en plus vari­able avec une con­som­ma­tion de plus en plus pilotable. 

On par­le sou­vent de réseaux intel­li­gents pour désign­er la capac­ité du réseau à s’adapter à une flex­i­bil­i­sa­tion accrue. Mais pour per­me­t­tre cela, encore faut-il que l’information sur cette flex­i­bil­ité ou sur le besoin de flex­i­bil­ité cir­cule entre l’ensemble des acteurs. On le voit au niveau des ques­tions d’effacement de con­som­ma­tion : c’est la trans­mis­sion d’informations entre les con­som­ma­teurs et les opéra­teurs d’effacement cou­plé au sig­nal prix et aux don­nées sur les con­traintes du réseau qui per­met d’apporter de nou­velles pos­si­bil­ités de flex­i­bil­i­sa­tion au sys­tème électrique. 

Les mêmes prob­lé­ma­tiques se posent pour les éner­gies renou­ve­lables et notam­ment les éner­gies renou­ve­lables non pilota­bles comme l’éolien et le pho­to­voltaïque. Leur inté­gra­tion au marché per­met d’intégrer plus facile­ment leur pro­duc­tion à tra­vers le sig­nal prix. 

C’est tout l’enjeu du mou­ve­ment qui est en cours en France et qui est déjà réal­isé en Alle­magne avec la mise en place d’un sys­tème de sou­tien imposant de ven­dre l’électricité sur les marchés pour pou­voir ensuite béné­fici­er d’une prime ex post. Cette prime doit com­penser les éventuels sur­coûts des tech­nolo­gies renou­ve­lables. Cette évo­lu­tion néces­site néan­moins de nou­velles com­pé­tences pour val­oris­er une pro­duc­tion renou­ve­lable non pilotable et pour gér­er l’information néces­saire à une bonne valorisation : 

• Il faut prévoir pré­cisé­ment une pro­duc­tion qui dépend de nom­breux paramètres (vent, humid­ité, ensoleille­ment, tem­péra­ture, etc.) 
• Il faut met­tre en place des straté­gies de val­ori­sa­tion dynamique et adap­tée à ces éner­gies qui dépen­dent des prévi­sions réal­isées, des antic­i­pa­tions de prix, etc. 

Ces com­pé­tences sont notam­ment apportées par un nou­v­el acteur : l’agrégateur. Il doit en par­ti­c­uli­er assur­er le lien entre les pro­duc­teurs et le marché. Ce n’est pas sim­ple­ment un sim­ple rôle d’intermédiaire. L’agrégateur doit pou­voir gér­er de très impor­tant flux d’informations per­me­t­tant une ges­tion dynamique de l’électricité d’origine renou­ve­lable. Ain­si, de nom­breuses don­nées météorologiques impactent le pro­ductible pour un champ pho­to­voltaïque, une ferme éoli­enne ou une cen­trale hydraulique. Les don­nées liées aux machines elles-mêmes mesurées en temps réel, les don­nées de marché sur les bours­es de l’électricité, les don­nées d’équilibre glob­ales du sys­tème élec­trique entre offre et demande impactent les prix. 

Cette con­ver­gence entre élec­tric­ité et ges­tion mas­sive d’information (Big Data) est essen­tielle pour assur­er la tran­si­tion vers un sys­tème élec­trique inté­grant mas­sive­ment de la pro­duc­tion non pilotable, de la con­som­ma­tion pilotable et des réseaux dynamiques. La maîtrise de l’information en temps réel, la capac­ité à prévoir dans un envi­ron­nement très vari­able grâce à de nou­veaux algo­rithmes va ain­si per­me­t­tre d’accélérer la tran­si­tion énergétique. 

Lors de la COP 21 à Paris, les États ont présen­té de très nom­breux plans d’action en vue de réduire leur empreinte car­bone. Sans sur­prise, nom­bre de ces plans d’action con­cer­nent le trans­port routi­er, et par­mi ceux-ci plus de la moitié con­ti­en­nent des mesures visant à pro­mou­voir la mobil­ité électrique. 

L’électrification, enjeu environnemental

Pour le véhicule par­ti­c­uli­er, cela sig­ni­fie une réduc­tion des émis­sions des véhicules ven­dus en 2050 de 50 % par rap­port à aujourd’hui (soit – 5,3 % par an). L’amélioration des moteurs con­ven­tion­nels ne per­me­t­tant a pri­ori qu’une réduc­tion de 2 % à 3 % par an, l’écart ne saurait être comblé que par l’électrification des véhicules, sous toutes ses formes. 

Seule l’électrification des véhicules, asso­ciée à une amélio­ra­tion du mix néces­saire à la pro­duc­tion de l’électricité, peut per­me­t­tre d’atteindre de tels taux de réduc­tion d’émissions : une ZOE n’émet en effet que 16 g de CO₂ aux 100 km, à com­par­er aux 110 g d’une Clio Diesel. Dans ce con­texte, tous les con­struc­teurs ont dévelop­pé un qua­si-con­tin­u­um de con­cepts de véhicules élec­tri­fiés (en se lim­i­tant aux véhicules légers). 

Des solutions mais pas de panacée

Il est dif­fi­cile d’établir un classe­ment dans l’absolu de ces dif­férentes tech­nolo­gies, et leur diver­sité illus­tre le fait qu’il n’existe pas à ce jour de solu­tion qui l’emporte haut la main sur toutes les autres. Tout dépend des usages et des attentes des util­isa­teurs, notam­ment en ter­mes d’arbitrage entre autonomie, coûts et presta­tions dynamiques. Chaque degré d’électrification présente ses avan­tages et inconvénients. 

L’hybridation légère (mild hybrid) con­siste à inté­gr­er une petite bat­terie Li-Ion en plus de la bat­terie clas­sique au plomb, qui récupère de l’énergie au freinage. Cette énergie gra­tu­ite est réu­til­isée pour ali­menter les aux­il­i­aires de la voiture (chauffage, phares, start & stop s’il existe) ou apporter un com­plé­ment de cou­ple au moteur ther­mique au démar­rage ou dans les phas­es d’accélération (cas des bat­ter­ies de 48 V). Ces bat­ter­ies ne sont pas assez puis­santes pour per­me­t­tre un roulage en mode 100 % élec­trique, mais la récupéra­tion d’énergie se traduit par des gains sig­ni­fi­cat­ifs de con­som­ma­tion à un moin­dre coût. 

Les full hybrids, dont le représen­tant his­torique est la Toy­ota Prius, dis­posent d’une bat­terie plus impor­tante et sont capa­bles de rouler en mode 100 % élec­trique sur quelques kilo­mètres (de 1 à 5 km en général). Les gains en con­som­ma­tion sont de même nature que pour la caté­gorie mild hybrid, même s’ils peu­vent être plus sig­ni­fi­cat­ifs du fait de la taille de la bat­terie. Dans les deux cas, la seule source externe d’énergie pour le véhicule reste le car­bu­rant fos­sile. Même si cette tech­nolo­gie a été précurseur, elle est main­tenant plutôt en perte de vitesse, le gain de CO2 par rap­port au sur­coût se révélant moins com­péti­tif que pour les alter­na­tives (mild hybrid ou même diesel mod­ernes), et la réduc­tion du coût des bat­ter­ies pousse les con­struc­teurs comme Toy­ota à pro­pos­er des plugged-in hybrids en com­plé­ment ou en lieu et place. 

Voitures branchées

On change alors de caté­gorie : les plug-in hybrids, comme les véhicules 100 % élec­triques, dis­posent d’un moteur élec­trique, d’une bat­terie plus impor­tante, et surtout d’une prise leur per­me­t­tant d’être ali­men­tés directe­ment par le réseau et donc de réelle­ment rouler à l’électricité provenant d’une autre source que leur moteur à com­bus­tion. Dans cette caté­gorie, les offres vari­ent en fonc­tion de la taille de la bat­terie, qui déter­mine l’autonomie élec­trique disponible, et de la présence ou non d’un moteur ther­mique en com­plé­ment de ladite autonomie. Dans cer­tains cas, le moteur ther­mique peut faire rouler la voiture ; dans d’autres il ne sert qu’à recharg­er la bat­terie, la propul­sion étant exclu­sive­ment élec­trique. À l’extrémité du spec­tre, on sup­prime le moteur ther­mique et on a le véhicule 100 % élec­trique, seul véhicule « zéro émis­sion » (en roulage). 

Des gains dépendant des usages

Les gains en ter­mes de con­som­ma­tion et de CO₂, poten­tielle­ment beau­coup plus impor­tants, dépen­dent en fait des usages (part de con­duite 100 % élec­trique) ain­si que du con­tenu CO₂ de l’électricité utilisée. 

On assiste à un rééquilibrage des stratégies des différents constructeurs

Les sur­coûts de ces tech­nolo­gies sont égale­ment plus impor­tants, en fonc­tion notam­ment de la taille de la bat­terie et de l’existence ou non d’une dou­ble motori­sa­tion. Les prévi­sions sur le suc­cès respec­tif de ces dif­férentes tech­nolo­gies restent très incer­taines et vari­ent forte­ment selon les zones géo­graphiques, notam­ment compte tenu de l’importance des poli­tiques publiques en la matière et des réglementations. 

Le grand flou de l’évolution du marché

Aux États-Unis, les motori­sa­tions hybrides se sont dévelop­pées plus rapi­de­ment qu’en Europe, en par­tie comme alter­na­tive aux moteurs diesel pour amélior­er l’efficacité des moteurs ther­miques et respecter les règles CAFE de plus en plus con­traig­nantes. Les véhicules hybrides ont représen­té 86 % de ventes de véhicules élec­tri­fiés en 2014. Toute­fois, on assiste actuelle­ment à un bas­cule­ment net vers les tech­nolo­gies plug-in qui con­cen­trent les aides finan­cières, et sont même dev­enues oblig­a­toires dans quinze États dont la Californie. 

Une situation contrastée

En Europe, la sit­u­a­tion est comme tou­jours plus frag­men­tée et con­trastée par pays, mais on observe la même ten­dance : les full hybrids, sig­ni­fi­cat­ifs depuis 2010, sem­blent attein­dre une asymp­tote autour de 1,5 % des ventes totales. On assiste depuis 2012 à un décol­lage des mod­èles plugged-in, selon des rythmes et des mix très dif­férents selon les pays. 

À court terme, le marché des véhicules élec­tri­fiés reste très dépen­dant de fac­teurs non directe­ment liés à la tech­nolo­gie ellemême, à savoir essen­tielle­ment la qual­ité des offres de pro­duits mis­es en avant, asso­ciée aux poli­tiques publiques et au niveau de matu­rité de l’écosystème (présence de bornes de recharges). Ce n’est qu’à plus long terme, lorsque les tech­nolo­gies seront plus banal­isées et les poli­tiques publiques moins déter­mi­nantes dans l’équation économique, que les dif­férentes tech­nolo­gies seront dis­crim­inées par leur com­péti­tiv­ité intrinsèque. 

Des stratégies au départ divergentes

Dans ce con­texte, les straté­gies d’électrification des con­struc­teurs dépen­dent à leur tour de deux fac­teurs : à court et moyen terme, le besoin de répon­dre aux régle­men­ta­tions (CAFE un peu partout, régle­men­ta­tion ZEV aux États-Unis, NEV en Chine, etc.) en lien avec leurs pri­or­ités géo­graphiques et les seg­ments de marché sur lesquels ils sont présents, et à long terme celui de se posi­tion­ner sur les tech­nolo­gies les plus promet­teuses d’un point de vue à la fois d’image de mar­que et de porte­feuille technologique. 

Des choix clivants

On a ain­si assisté à des choix ini­ti­aux cli­vants. Renault et Nis­san ont choisi de se posi­tion­ner comme les lead­ers du véhicule zéro émis­sion, en intro­duisant entre 2010 et 2012 cinq mod­èles de grande série 100 % élec­triques, dont trois sur des plate­formes dédiées, et en visant des prix com­pa­ra­bles aux véhicules ther­miques équiv­a­lents. De fait, sur les 232 000 véhicules 100 % élec­triques ven­dus dans le monde en 2015, 36 % étaient de mar­que Renault ou Nis­san. La Renault ZOE est le pre­mier véhicule élec­trique ven­du en Europe, et la Nis­san Leaf le pre­mier au niveau mondial. 

Toy­ota a axé sa stratégie sur le full hybrid dès les années 2000 : la Prius, après des débuts laborieux, a con­nu un véri­ta­ble suc­cès com­mer­cial qui a forgé une image forte de Toy­ota dans ce domaine. Elle a con­tribué à pop­u­laris­er la tech­nolo­gie sur tous les marchés. 

Daim­ler ou BMW ont pu se per­me­t­tre de dévelop­per en par­al­lèle les tech­nolo­gies hybrides recharge­ables pour leurs mod­èles haut de gamme et des solu­tions 100 % élec­triques pour les plus petites voitures (Smart élec­trique, BMW i3). 

D’autres groupes, comme Volk­swa­gen ou le groupe Hyundai-Kia, ont eu des approches plus atten­tistes, focal­isées dans un pre­mier temps sur les véhicules hybrides pour con­cur­rencer Toy­ota aux États-Unis, et ont fait des tests en élec­tri­fi­ant des mod­èles thermiques._Enfin, Tes­la a bâti son suc­cès sur une approche en rup­ture, attaquant le marché par le très haut de gamme tout élec­trique et évolu­ant vers des véhicules plus abordables. 

Une évolution vers des portefeuilles technologiques larges

Compte tenu des évo­lu­tions tech­nologiques rapi­des et surtout de l’émergence d’un con­sen­sus sur le fait que la réponse au défi des réduc­tions de CO2 ne passera pas par une tech­nolo­gie unique, mais bien par un porte­feuille de solu­tions d’électrification qui devront être appliquées de manière opti­misée selon les seg­ments de marché et les zones géo­graphiques, on assiste actuelle­ment à un rééquili­brage des straté­gies des dif­férents con­struc­teurs, avec en défini­tive le développe­ment par tous d’un porte­feuille de tech­nolo­gies assez large. 

Ain­si, l’Alliance Renault-Nis­san dis­pose d’une offre full hybrid aux États-Unis et au Japon, et pré­pare des pro­duits pluggedin, notam­ment pour les marchés nord-améri­cain et chi­nois. Hyundai a dévelop­pé une plate­forme dédiée à l’électrique sur le seg­ment C avec trois solu­tions recharge­ables sur le même véhicule, pou­vant ain­si cou­vrir tous les marchés et tous les mix de motori­sa­tion. Volk­swa­gen sem­ble miser forte­ment sur l’hybride recharge­able mais prévoit égale­ment de pro­pos­er des ver­sions 100 % élec­triques sur la plu­part de ses mod­èles. Toy­ota pro­pose main­tenant des hybrides recharge­ables (Prius III) et des véhicules pure­ment élec­triques au Japon et aux États-Unis, même si ces derniers ne représen­tent pour l’instant que 5 % de ses ventes de véhicules électrifiés. 

Par ailleurs, à l’horizon 2021, date d’entrée en vigueur du prochain palier de normes CO2 en Europe, la plu­part des mod­èles ther­miques de tous les con­struc­teurs seront équipés de tech­nolo­gies mild-hybrid. 

Un mouvement qui s’accélère

On com­prend donc qu’il faut observ­er ces straté­gies en mode dynamique, et que les dif­férentes tech­nolo­gies d’électrification ne sont pas tant con­cur­rentes que com­plé­men­taires. Les prévi­sions s’appuient essen­tielle­ment sur des études de coût total d’utilisation, qui elles-mêmes dépen­dent énor­mé­ment à court terme de l’évolution des poli­tiques publiques, et à moyen terme de l’évolution du coût des tech­nolo­gies (notam­ment le coût des bat­ter­ies par KWh). Il s’agit là de fac­teurs impor­tants, néces­saires, mais pas suff­isants, comme le mon­tre très bien la diver­sité des per­for­mances selon les pays européens : la vitesse d’adoption des tech­nolo­gies plugged-in – du fait notam­ment de la dis­rup­tion en ter­mes d’usage qu’elles imposent (besoin de recharge au domi­cile ou sur l’espace pub­lic) – dépend avant tout de l’engagement coor­don­né de tous les acteurs de l’écosystème.

C’est ce qui a fait leur suc­cès en Norvège, et qui explique pourquoi la France est le pre­mier pays européen en matière de véhicule élec­trique à ce jour : le véhicule élec­trique n’est pas l’affaire des con­struc­teurs, mais c’est bien un pro­jet de société. 

De ce point de vue, l’urgence envi­ron­nemen­tale, la mul­ti­pli­ca­tion des offres de véhicules élec­tri­fiés et des ser­vices asso­ciés (fort lien avec l’autopartage et le véhicule con­nec­té et autonome à terme), le développe­ment des infra­struc­tures de recharge et les pro­grès sig­ni­fi­cat­ifs des tech­nolo­gies de bat­ter­ies pointent vers une accéléra­tion de cette adop­tion dans de nom­breux pays dans les trois à cinq ans qui vien­nent. Les con­struc­teurs s’y pré­par­ent activement.