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LA FILIERE DES
BATTERIES LITHIUM ION
DANS L’INDUSTRIE
AUTOMOBILE
ETAT DE L’ART - AVRIL 2011
ETUDE REALISEE PAR LES AUDITEURS DU
MASTERE SPECIALISE « INTELLIGENCE
SCIENTIFIQUE, TECHNIQUE ET ECONOMIQUE »
(MISTE) D’ESIEE PARIS
www.miste.fr
Coordination : Antoine SCHOEN, responsable pédagogique du Miste
AJIRENT Jully, BELESCOT Max-Hubert, CHEMIN Ann-Kristin, DEKEYSER
Chantal, JAVAY Olivier, LEPERCQ Alexandra, MABIALA-BAMBI Ludh-Cyrck,
PANIEZ Marie, RUBINO–DHERBECOURT Timothée, ZENON Jean-Pierre
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
La	
  filière	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  
dans	
  l’industrie	
  automobile	
  
État	
  de	
  l’art	
  -­‐	
  avril	
  2011	
  
	
  
Étude	
   réalisée	
   par	
   les	
   auditeurs	
   du	
   Mastère	
  
Spécialisé	
   «	
  Intelligence	
   scientifique,	
   technique	
   et	
  
économique	
  »	
  (Miste)	
  d’ESIEE	
  Paris	
  
www.miste.fr	
  
Coordination	
  :	
  Antoine	
  SCHOEN,	
  responsable	
  pédagogique	
  du	
  Miste	
  
AJIRENT	
   Jully,	
   BELESCOT	
   Max-­‐Hubert,	
   CHEMIN	
   Ann-­‐Kristin,	
   DEKEYSER	
   Chantal,	
   JAVAY	
  
Olivier,	
   LEPERCQ	
   Alexandra,	
   MABIALA-­‐BAMBI	
   Ludh-­‐Cyrck,	
   PANIEZ	
   Marie,	
   RUBINO–
DHERBECOURT	
  Timothée,	
  ZENON	
  Jean-­‐Pierre	
  
	
  
Remerciements	
  
	
  
Le	
   Miste	
   tient	
   à	
   exprimer	
   ses	
   chaleureux	
   remerciements	
  à	
   Bernadette	
   Casterot,	
  
Christophe	
  Garnier,	
  Serge	
  Matynia	
  de	
  Renault	
  pour	
  les	
  commentaires	
  qu’ils	
  ont	
  pu	
  faire	
  
sur	
  ce	
  travail	
  ainsi	
  qu’à	
  René	
  Obam	
  Nlong,	
  Lionel	
  Villard	
  et	
  Leila	
  Zadi	
  d’ESIEE	
  Paris	
  pour	
  
l’aide	
   qu’ils	
   ont	
   apportée	
   à	
   l’équipe	
   de	
   projet	
   tout	
   au	
   long	
   de	
   la	
   réalisation	
   de	
   cette	
  
étude.	
  
	
  
Les	
  éventuelles	
  erreurs	
  et	
  les	
  points	
  de	
  vue	
  contenus	
  dans	
  ce	
  rapport	
  n’engagent	
  que	
  les	
  
auteurs.	
   Les	
   analyses	
   développées	
   dans	
   cette	
   étude	
   ne	
   sauraient	
   engager	
   la	
  
responsabilité	
  d’ESIEE	
  Paris	
  ni	
  celle	
  de	
  la	
  CCIP.	
  	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
2	
  
Résumé	
  
L’analyse	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  pour	
  véhicules	
  électriques	
  qui	
  est	
  développée	
  dans	
  ce	
  
rapport	
  présente	
  un	
  triple	
  intérêt	
  :	
  industriel,	
  technologique	
  et	
  stratégique.	
  	
  
Cette	
   analyse	
   est	
   tout	
   d’abord	
   intéressante	
   industriellement,	
   dans	
   la	
   mesure	
   où	
   les	
   batteries	
  
représentent	
  un	
  coût	
  significatif	
  des	
  véhicules	
  électriques,	
  qui	
  devraient	
  eux-­‐mêmes	
  constituer	
  à	
  moyen	
  
terme	
   un	
   segment	
   important	
   du	
   marché	
   automobile.	
   La	
   batterie	
   n’est	
   pas	
   uniquement	
   un	
   bon	
  
marqueur	
  de	
  la	
  croissance	
  de	
  cette	
  niche	
  du	
  marché	
  automobile.	
  C’est	
  aussi	
  un	
  axe	
  autour	
  duquel	
  celui-­‐
ci	
  structurera	
  son	
  développement.	
  Le	
  marché	
  du	
  véhicule	
  électrique	
  n’a	
  pas	
  encore	
  atteint	
  un	
  régime	
  de	
  
croisière	
  établi.	
  Les	
  batteries	
  joueront	
  un	
  rôle	
  important	
  dans	
  son	
  organisation.	
  Quel	
  business	
  model	
  
prédominera	
  à	
  terme	
  en	
  matière	
  de	
  propriété	
  de	
  la	
  batterie	
  ?	
  Quelles	
  seront	
  les	
  modalités	
  de	
  recharge	
  
qui	
  s’imposeront?	
  	
  
L’analyse	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  pour	
  véhicules	
  électriques	
  offre	
  de	
  plus	
  la	
  possibilité	
  de	
  
suivre	
  en	
  temps	
  réel	
  la	
  cristallisation	
  d’une	
  trajectoire	
  technologique.	
  Le	
  futur	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  batteries	
  
pour	
   véhicules	
   électriques	
   reste	
   en	
   effet	
   très	
   ouvert.	
   Un	
   des	
   scénarios	
   considéré	
   comme	
   le	
   plus	
  
probable	
  :	
  la	
  solution	
  lithium	
  ion	
  émerge	
  comme	
  un	
  standard.	
  Mais	
  plusieurs	
  trajectoires	
  sont	
  possibles	
  
pour	
  ce	
  seul	
  scénario	
  du	
  lithium	
  ion,	
  qui	
  correspondent	
  à	
  différentes	
  options	
  technologiques	
  pour	
  les	
  
couples	
   cathode	
   anode:	
   Manganèse	
   (Mn),	
   Nickel-­‐Manganèse-­‐Cobalt	
   (Ni–Mn	
   –Co),	
   Nickel-­‐Cobalt-­‐
Aluminium	
  (Ni-­‐Co-­‐Al)	
  et	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  (LiFePo).	
  Laquelle	
  de	
  ces	
  options	
  technologiques	
  émergera	
  
comme	
  standard	
  pour	
  les	
  batteries	
  des	
  véhicules	
  électriques	
  ?	
  Les	
  constructeurs	
  automobiles	
  suivent	
  
avec	
   beaucoup	
   d’attention	
   la	
   structuration	
   technologique	
   de	
   cette	
   filière.	
   Leur	
   préoccupation	
   est	
  
d’identifier	
  le	
  plus	
  tôt	
  possible	
  l’émergence	
  du	
  standard	
  afin	
  d’être	
  en	
  mesure	
  d’équiper	
  au	
  plus	
  vite	
  
leurs	
  véhicules	
  de	
  la	
  solution	
  la	
  plus	
  intéressante,	
  d’un	
  point	
  de	
  vue	
  du	
  prix	
  et	
  de	
  la	
  performance.	
  
Mais	
  les	
  constructeurs	
  automobiles	
  ne	
  sont	
  en	
  effet	
  pas	
  uniquement	
  des	
  observateurs	
  attentifs	
  de	
  cette	
  
construction	
  d’un	
  dominant	
  design.	
  Et	
  c’est	
  dans	
  cette	
  perspective	
  que	
  ce	
  rapport	
  présente	
  un	
  intérêt	
  
stratégique	
  :	
  les	
  constructeurs	
  automobiles	
  sont	
  des	
  acteurs	
  stratégiques	
  engagés	
  qui	
  participent,	
  aux	
  
cotés	
  d’autres	
  types	
  d’acteurs	
  industriels,	
  à	
  l’organisation	
  de	
  ce	
  champ	
  en	
  tentant	
  d’imposer	
  l’option	
  
pour	
  laquelle	
  ils	
  ont	
  opté	
  comme	
  le	
  futur	
  standard.	
  
Les	
   constructeurs	
   automobiles	
   ont	
   fait	
   des	
   choix	
   technologiques,	
   éventuellement	
   multiples.	
   Mais	
   ils	
  
cherchent	
  à	
  rester	
  en	
  mesure	
  de	
  rallier	
  une	
  option	
  différente	
  de	
  celle	
  pour	
  laquelle	
  ils	
  ont	
  opté,	
  s’il	
  
advenait	
  que	
  leur	
  choix	
  initial	
  n’était	
  pas	
  le	
  bon.	
  Ce	
  qui	
  requiert	
  de	
  leur	
  part	
  de	
  maintenir	
  un	
  certain	
  
degré	
   de	
   ductilité	
   dans	
   leurs	
   outils	
   de	
   production,	
   ou	
   dans	
   leurs	
   circuits	
   d’approvisionnement	
   en	
  
batteries,	
  de	
  manière	
  à	
  pouvoir	
  opérer,	
  à	
  moindre	
  coût,	
  et	
  le	
  plus	
  rapidement	
  possible,	
  un	
  éventuel	
  saut	
  
vers	
  la	
  technologie	
  concurrente	
  qui	
  se	
  serait	
  imposée	
  
La	
   première	
   partie	
   de	
   ce	
   rapport	
   présente	
   tout	
   d’abord	
   les	
   caractéristiques	
   et	
   enjeux	
   des	
   quatre	
  
technologies	
   de	
   batteries	
   lithium	
   ion	
   avant	
   de	
   se	
   focaliser	
   sur	
   le	
   Phosphate	
   de	
   Fer	
   en	
   singularisant	
  
l’ampleur	
  de	
  l’engagement	
  de	
  la	
  Chine	
  sur	
  ce	
  sujet.	
  Le	
  nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  
phosphate	
  de	
  Fer	
  reste	
  peu	
  élevé	
  jusqu’en	
  2006.	
  A	
  partir	
  de	
  cette	
  date,	
  le	
  nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  
autour	
  de	
  cette	
  technologie	
  enregistre	
  une	
  progression	
  spectaculaire,	
  à	
  la	
  faveur	
  du	
  développement	
  des	
  
dépôts	
  effectués	
  en	
  Chine.	
  En	
  2010,	
  près	
  de	
  80%	
  des	
  brevets	
  dans	
  ce	
  domaine	
  est	
  déposé	
  auprès	
  de	
  S	
  
ipo,	
  l’office	
  chinois	
  de	
  brevets.	
  L’analyse	
  des	
  intérêts	
  stratégiques	
  en	
  présence	
  montre,	
  qu’au-­‐delà	
  des	
  
considérations	
   économiques,	
   la	
   bataille	
   technologique	
   autour	
   des	
   batteries	
   pose	
   le	
   problème	
   de	
   la	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
3	
  
propriété	
  intellectuelle	
  des	
  brevets.	
  Le	
  choix	
  de	
  la	
  technologie	
  ne	
  repose	
  pas	
  seulement	
  sur	
  des	
  points	
  
techniques	
  mais	
  prend	
  également	
  en	
  compte	
  des	
  considérations	
  politiques.	
  	
  
La	
   Chine	
   parviendra-­‐t-­‐elle	
   à	
   développer	
   une	
   industrie	
   du	
   lithium	
   ion	
   Phosphate	
   de	
   Fer	
   de	
   façon	
  
autonome	
   ?	
   Ou	
   reconnaitra-­‐t-­‐elle	
   le	
   caractère	
   bloquant	
   des	
   brevets	
   fondateurs	
   déposés	
   par	
   Hydro	
  
Québec,	
  l’université	
  de	
  Montréal	
  et	
  le	
  CNRS	
  ?	
  Au	
  printemps	
  2011,	
  date	
  de	
  bouclage	
  de	
  cette	
  étude,	
  il	
  
est	
  encore	
  trop	
  tôt	
  pour	
  apporter	
  une	
  réponse	
  univoque	
  à	
  cette	
  interrogation.	
  Le	
  dénouement	
  de	
  ce	
  
dossier	
   sera	
   riche	
   d’enseignements.	
   Il	
   peut	
   soit	
   signer	
   l’instauration	
   d’un	
   régime	
   conflictuel	
   entre	
  
l’Occident	
  et	
  la	
  Chine	
  sur	
  le	
  terrain	
  technologique.	
  Ou	
  il	
  peut	
  annoncer	
  l’insertion	
  de	
  la	
  Chine	
  dans	
  le	
  
concert	
  des	
  nations	
  en	
  matière	
  de	
  propriété	
  intellectuelle.	
  Cette	
  dernière	
  perspective	
  a	
  évidemment	
  la	
  
faveur	
  des	
  détenteurs	
  des	
  droits	
  d’exploitation	
  de	
  ces	
  brevets,	
  du	
  fait	
  des	
  royalties	
  liés	
  à	
  une	
  concession	
  
de	
   droits	
   d’exploitation.	
   Un	
   tel	
   dénouement	
   négocié	
   représenterait	
   une	
   issue	
   heureuse	
   pour	
   les	
  
institutions	
  de	
  recherche	
  publique	
  -­‐	
  dont	
  le	
  CNRS	
  -­‐	
  qui	
  ont	
  contribué	
  à	
  cette	
  percée	
  technologique.	
  	
  
La	
  seconde	
  partie	
  de	
  ce	
  rapport	
  étudie	
  la	
  structuration	
  de	
  la	
  filière	
  industrielle	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  
pour	
   véhicules	
   électriques	
   à	
   travers	
   le	
   prisme	
   des	
   intérêts	
   des	
   différents	
   types	
   d’acteurs	
   qui	
   y	
   sont	
  
impliqués	
   (constructeurs	
   automobiles,	
   fabricants	
   de	
   cellules	
   de	
   batteries,	
   fabricants	
   de	
   packs	
   de	
  
batteries,	
  opérateurs	
  d’infrastructures	
  de	
  recharge,…)	
  en	
  distinguant	
  les	
  relations	
  de	
  différentes	
  natures	
  
que	
   ceux-­‐ci	
   ont	
   nouées	
   entre	
   eux	
   (relations	
   internes,	
   liens	
   capitalistiques,	
   accord	
   de	
   R&D,	
   vente	
  
d’équipement,…).	
  
Cette	
  analyse	
  centrée	
  sur	
  les	
  acteurs	
  industriels	
  permet	
  de	
  caractériser	
  un	
  dense	
  tissu	
  d’interconnexions	
  
(industrielles	
  et	
  financières)	
  qui	
  est	
  analysé	
  sous	
  la	
  forme	
  d’une	
  carte	
  stratégique	
  conçue	
  comme	
  un	
  
graphe	
   relationnel	
   dans	
   lequel	
   les	
   nœuds	
   sont	
   les	
   acteurs	
   de	
   la	
   filière	
   et	
   les	
   liens	
   sont	
   les	
   relations	
  
nouées	
   entre	
   ces	
   derniers.	
   L’analyse	
   qualitative	
   et	
   quantitative	
   de	
   ce	
   graphe	
   permet	
   notamment	
  
d’identifier	
   les	
   acteurs	
   centraux	
   de	
   cette	
   filière	
   :	
   A123,	
   Daimler	
   et	
   Renault	
   (voir	
   carte	
   sur	
   la	
   page	
  
suivante).	
  
Après	
   avoir	
   synthétisé	
   les	
   positions	
   des	
   principaux	
   acteurs	
   du	
   secteur	
   (constructeurs	
   automobiles	
   et	
  
fabricants	
  de	
  batteries	
  cette	
  seconde	
  partie	
  détaille	
  la	
  chaine	
  de	
  valeur	
  de	
  deux	
  acteurs	
  importants	
  dans	
  
l’univers	
  du	
  véhicule	
  électrique:	
  le	
  Franco-­‐Japonais	
  Renault	
  Nissan	
  et	
  le	
  Chinois	
  BYD.	
  Cette	
  analyse	
  de	
  la	
  
filière	
   permet	
   également	
   de	
   repérer	
   plusieurs	
   mutations	
   susceptibles	
   de	
   bouleverser	
   le	
   secteur	
   de	
  
l’industrie	
  automobile.	
  
Les	
  technologies	
  liées	
  aux	
  batteries	
  et	
  aux	
  moteurs	
  électriques	
  ont	
  en	
  premier	
  lieu	
  déjà	
  permis	
  à	
  de	
  
nouveaux	
   entrants	
   -­‐	
   essentiellement	
   asiatiques	
   et	
   américains	
   -­‐	
   de	
   faire	
   irruption	
   dans	
   une	
   industrie	
  
mature	
  plus	
  que	
  centenaire,	
  dont	
  le	
  périmètre	
  semblait	
  pourtant	
  bien	
  établi.	
  
L’organisation	
   de	
   la	
   filière	
   fait	
   de	
   plus	
   apparaître	
   une	
   spécialisation	
   géographique	
   marquée	
   :	
   les	
  
batteries	
  devraient,	
  pour	
  l’essentiel,	
  être	
  produites	
  en	
  Asie,	
  alors	
  que	
  les	
  véhicules	
  qu’elles	
  équiperont	
  
semblent	
  être	
  principalement	
  destinés	
  aux	
  marchés	
  occidentaux.	
  
Enfin,	
   l’ambition	
   manifestée	
   par	
   plusieurs	
   constructeurs	
   de	
   maîtriser	
   l’intégralité	
   de	
   la	
   chaîne	
   de	
  
production	
   -­‐	
   selon	
   une	
   logique	
   d’internalisation	
   quelque	
   peu	
   orthogonale	
   à	
   la	
   tendance	
   industrielle	
  
contemporaine	
  d’externalisation	
  des	
  opérations	
  -­‐	
  pourrait	
  se	
  traduire	
  par	
  une	
  simplification	
  du	
  paysage	
  
par	
  une	
  concentration	
  des	
  acteurs	
  entrainant	
  une	
  disparition	
  de	
  certains	
  d’entre	
  eux.	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
Carte	
  stratégique	
  de	
  la	
  filière	
  industrielle	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  pour	
  véhicules	
  électriques,	
  focalisée	
  sur	
  les	
  constructeurs	
  automobiles
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K<-)1,+
K.(H9@*><- K.(E.
C*,U+*->
V<G,*
V6)<H4J,.1;
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
Sommaire	
  
Introduction................................................................................................................................ 6	
  
Partie	
  1	
  :	
  Etat	
  de	
  l’art	
  des	
  technologies	
  lithium	
  ion ..................................................................... 8	
  
Caractéristiques	
  et	
  enjeux	
  des	
  technologies	
  associées	
  aux	
  batteries	
  lithium	
  ion....................................8	
  
Les	
  caractéristiques	
  des	
  véhicules	
  électriques .....................................................................................8	
  
Les	
  principes	
  de	
  fonctionnement	
  d’un	
  accumulateur	
  électrique .........................................................9	
  
Les	
  caractéristiques	
  d’une	
  batterie	
  lithium	
  ion	
  pour	
  véhicule	
  électrique	
   .........................................10	
  
Production	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  et	
  de	
  brevets .........................................................................12	
  
Nombre	
  de	
  publications	
  parues	
  par	
  technologie ...............................................................................12	
  
Nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  par	
  technologie.....................................................................................13	
  
Evolution	
  par	
  pays	
  de	
  2000	
  à	
  2010.....................................................................................................13	
  
Le	
  volume	
  des	
  brevets	
  et	
  publications	
  pour	
  les	
  4	
  technologies .........................................................14	
  
Analyse	
  géographique ........................................................................................................................15	
  
Focus	
  sur	
  la	
  technologie	
  Phosphate	
  de	
  Fer............................................................................................15	
  
Naissance	
  de	
  la	
  filière .........................................................................................................................15	
  
Les	
  publications	
  scientifiques	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  LiFePO.................................................................16	
  
Les	
  brevets	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  LiFePO..............................................................................................22	
  
La	
  Chine	
  et	
  le	
  Phosphate	
  de	
  Fer .............................................................................................................23	
  
Partie	
  2	
  :	
  Les	
  acteurs	
  industriels.................................................................................................27	
  
Introduction............................................................................................................................................27	
  
Vue	
  d’ensemble	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  véhicules	
  électriques..........................................................................27	
  
Une	
  carte	
  stratégique	
  globale	
  du	
  secteur...........................................................................................27	
  
Un	
  secteur	
  industriel	
  caractérisé	
  par	
  une	
  forte	
  densité	
  d’interconnexions .......................................30	
  
Une	
  seconde	
  carte	
  stratégique,	
  focalisée	
  sur	
  les	
  constructeurs	
  automobiles....................................30	
  
Les	
  acteurs	
  les	
  plus	
  connectés............................................................................................................32	
  
Le	
  marché	
  chinois	
  comme	
  tremplin	
  vers	
  le	
  marché	
  mondial	
  ? ..........................................................33	
  
Principaux	
  acteurs	
  identifiés ..................................................................................................................34	
  
Les	
  constructeurs	
  automobiles...........................................................................................................34	
  
Les	
  constructeurs	
  de	
  batteries............................................................................................................35	
  
Focus	
  sur	
  les	
  chaines	
  de	
  valeur	
  de	
  2	
  acteurs	
  majeurs	
  (Renault	
  et	
  BYD).................................................36	
  
Renault	
  et	
  le	
  véhicule	
  électrique ........................................................................................................36	
  
Le	
  cas	
  BYD	
  :	
  des	
  batteries	
  aux	
  véhicules	
  électriques ..........................................................................38	
  
Annexes.....................................................................................................................................41	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
6	
  
	
  
Introduction	
  
La	
   croissance	
   démographique	
   mondiale	
   et	
   l’augmentation	
   du	
   pouvoir	
   d’achat	
   des	
   pays	
   émergents	
   a	
  
pour	
   corollaire	
   un	
   accroissement	
   du	
   nombre	
   de	
   véhicules	
   automobiles.	
   Cette	
   hausse	
   s’accompagne	
  
d’une	
  demande	
  accrue	
  en	
  énergie,	
  d’une	
  augmentation	
  des	
  émissions	
  de	
  gaz	
  à	
  effet	
  de	
  serre	
  et	
  d’une	
  
diminution	
  des	
  ressources	
  pétrolières.	
  	
  
Les	
  véhicules	
  à	
  moteur	
  diesel	
  et	
  à	
  essence,	
  importants	
  responsables	
  d’émissions	
  d’oxydes	
  d'azote	
  (NOx),	
  
de	
   dioxyde	
   de	
   carbone	
   (CO2)	
   et	
   de	
   microparticules,	
   ne	
   peuvent,	
   par	
   conséquent,	
   être	
   une	
   réponse	
  
durable1
	
  aux	
  besoins	
  de	
  la	
  mobilité	
  par	
  les	
  transports	
  terrestres.	
  Il	
  est	
  donc	
  nécessaire	
  d’imaginer	
  des	
  
solutions	
   technologiques	
   permettant	
   de	
   produire	
   des	
   automobiles	
   «propres»	
   et	
   dont	
  
l’approvisionnement	
  énergétique	
  soit	
  pérenne.	
  
L’énergie	
   électrique	
   semble	
   répondre	
   à	
   ces	
   impératifs.	
   Elle	
   peut	
   aider	
   à	
   réduire	
   la	
   dépendance	
   au	
  
pétrole	
  et	
  répondre	
  favorablement	
  aux	
  préoccupations	
  écologiques	
  -­‐	
  à	
  condition	
  toutefois	
  que	
  l’énergie	
  
primaire	
  servant	
  à	
  la	
  produire	
  soit	
  elle	
  aussi	
  respectueuse	
  de	
  l’environnement	
  et	
  que	
  la	
  question	
  du	
  
recyclage	
  des	
  batteries	
  soit	
  traitée	
  de	
  façon	
  satisfaisante.	
  
L’industrie	
  automobile,	
  à	
  la	
  recherche	
  d’alternatives	
  au	
  pétrole,	
  se	
  concentre	
  sur	
  un	
  double	
  objectif	
  :	
  
proposer	
   des	
   véhicules	
   urbains	
   «	
  éco-­‐responsables	
  »	
   qui	
   pourraient	
   être	
   commercialisés,	
   sous	
  
différentes	
  versions,	
  sur	
  les	
  différents	
  marchés	
  géographiques.	
  
La	
  batterie	
  est	
  la	
  composante	
  essentielle	
  des	
  véhicules	
  électriques,	
  tant	
  en	
  terme	
  technologique	
  que	
  de	
  
coût.	
   La	
   batterie,	
   qui	
   est	
   ainsi	
   devenue	
   un	
   enjeu	
   majeur	
   pour	
   l’industrie	
   automobile,	
   concentre	
  
recherches,	
  développements	
  et	
  investissements	
  industriels.	
  Cet	
  équipement	
  est	
  à	
  la	
  fois	
  un	
  indicateur	
  
de	
  la	
  progression	
  de	
  cette	
  niche	
  du	
  marché	
  automobile	
  et	
  un	
  axe	
  autour	
  duquel	
  celui-­‐ci	
  structurera	
  son	
  
développement.	
  	
  
Actuellement,	
  le	
  futur	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  batteries	
  pour	
  véhicules	
  électriques	
  reste	
  encore	
  très	
  ouvert.	
  Un	
  
des	
  scénarios	
  considéré	
  comme	
  le	
  plus	
  probable	
  s’articule	
  autour	
  de	
  la	
  solution	
  technologique	
  «	
  lithium	
  
ion	
   »	
   qui	
   émerge	
   progressivement	
   comme	
   un	
   «	
   standard	
   ».	
   Les	
   batteries	
   lithium	
   ion	
   présentent	
   de	
  
nombreux	
  avantages	
  :	
  
-­‐ Elles	
  sont	
  peu	
  encombrantes	
  ;	
  
-­‐ Elles	
  nécessitent	
  peu	
  de	
  maintenance,	
  	
  
-­‐ Elles	
  ont	
  une	
  faible	
  autodécharge	
  
-­‐ Elles	
  permettent	
  de	
  stocker	
  trois	
  à	
  quatre	
  fois	
  plus	
  d'énergie	
  par	
  unité	
  de	
  masse	
  que	
  les	
  batteries	
  
classiques.2
	
  
-­‐ Le	
  lithium	
  est	
  un	
  matériau	
  abondant	
  et	
  son	
  prix	
  ne	
  représente	
  actuellement	
  qu'une	
  faible	
  part	
  
du	
  coût	
  de	
  la	
  batterie3
.	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
1
	
  Rapport	
  2010	
  sur	
  le	
  pic	
  pétrolier	
  de	
  L’Agence	
  Internationale	
  de	
  l’Energie	
  (AIE)	
  (World	
  Energy	
  Outlook),	
  
2
	
  Pluchet	
  &	
  Destruel,	
  Rapport	
  «	
  Etat	
  de	
  la	
  R&D	
  dans	
  le	
  domaine	
  des	
  batteries	
  pour	
  véhicules	
  électriques	
  au	
  Japon	
  »,	
  oct.	
  2010	
  
3
	
  Ibid.	
  p.51-­‐53	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
7	
  
Mais,	
  pour	
  ce	
  seul	
  scénario	
  lithium	
  ion,	
  plusieurs	
  trajectoires	
  peuvent	
  encore	
  se	
  dessiner	
  à	
  partir	
  de	
  la	
  
composition	
  de	
  la	
  cathode	
  en	
  particulier.	
  Il	
  s’agit	
  des	
  options	
  technologiques	
  reposant	
  sur	
  le	
  Manganèse	
  
(Mn),	
  sur	
  l’association	
  Nickel-­‐Manganèse-­‐Cobalt	
  (Ni–Mn–Co),	
  sur	
  l’association	
  Nickel-­‐Cobalt-­‐Aluminium	
  
(Ni-­‐Co-­‐Al)	
  et	
  enfin	
  sur	
  le	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  (LiFePO).	
  
Les	
   constructeurs	
   automobiles	
   suivent	
   avec	
   beaucoup	
   d’attention	
   la	
   structuration	
   technologique	
   de	
  
cette	
  filière,	
  l’enjeu	
  étant	
  d’identifier	
  dès	
  que	
  possible	
  la	
  technologie	
  qui	
  s’imposera	
  comme	
  un	
  standard	
  
afin	
   d’être	
   en	
   mesure	
   d’en	
   équiper	
   aussitôt	
   leurs	
   véhicules.	
   Parallèlement,	
   ils	
   tentent	
   d’imposer,	
   en	
  
collaborant	
  avec	
  d’autres	
  d’acteurs	
  économiques,	
  politiques	
  et	
  de	
  l’univers	
  de	
  la	
  recherche	
  scientifique	
  
et	
   technologique,	
   l’option	
   pour	
   laquelle	
   ils	
   ont	
   opté.	
   Car,	
   face	
   aux	
   acteurs	
   historiques	
   du	
   secteur	
  
automobile,	
  sont	
  apparus	
  de	
  nouveaux	
  protagonistes	
  ;	
  asiatiques	
  notamment.	
  Ces	
  nouveaux	
  entrants,	
  
souvent	
  issus	
  de	
  secteurs	
  éloignés	
  de	
  celui	
  de	
  l’automobile	
  (chimie	
  notamment),	
  qui	
  ont	
  compris	
  l’enjeu	
  
que	
  représente	
  la	
  maitrise	
  des	
  technologies	
  des	
  batteries	
  destinées	
  aux	
  véhicules	
  électriques	
  (EV)	
  ou	
  
aux	
  véhicules	
  hybrides	
  (HEV),	
  tentent	
  de	
  se	
  positionner	
  au	
  plus	
  vite,	
  à	
  tous	
  les	
  stades	
  de	
  la	
  chaine	
  de	
  
valeur,	
   de	
   la	
   recherche	
   à	
   la	
   commercialisation.	
   Tous	
   les	
   acteurs	
   des	
   cette	
   filière	
   font	
   montre	
   d’une	
  
vigilance	
  extrême	
  à	
  l’égard	
  de	
  l’ensemble	
  des	
  concurrents,	
  actuels	
  et	
  potentiels.	
  
Une	
   veille	
   élargie,	
   englobant	
   les	
   agents	
   et	
   les	
   facteurs	
   porteurs	
   de	
   bouleversement	
   pour	
   le	
   secteur	
  
automobile,	
   peut	
   tout	
   d’abord	
   contribuer	
   à	
   répondre	
   aux	
   principales	
   questions	
   que	
   se	
   posent	
   les	
  
acteurs	
  industriels	
  de	
  ce	
  secteur.	
  Elle	
  peut	
  également	
  détecter	
  les	
  signaux	
  faibles	
  permettant	
  d’anticiper	
  
les	
  transformations	
  à	
  venir.	
  
Les	
   étudiants	
   de	
   la	
   promotion	
   2010-­‐2011	
   du	
   Mastère	
   en	
   Intelligence	
   Scientifique	
   Technique	
   et	
  
Economique	
  d’ESIEE	
  Paris	
  ont	
  développé	
  un	
  dispositif	
  de	
  veille	
  visant	
  à	
  répondre	
  à	
  ce	
  double	
  objectif	
  de	
  
compréhension	
  des	
  évènements	
  récents	
  et	
  d’anticipation	
  des	
  mutations	
  futures.	
  
Ce	
  rapport	
  présente	
  l’état	
  de	
  l’art	
  qui	
  a	
  été	
  dressé	
  à	
  partir	
  de	
  l’analyse	
  des	
  faits	
  marquants	
  du	
  secteur	
  à	
  
la	
  fin	
  de	
  la	
  décennie	
  2010.	
  	
  
La	
  première	
  partie	
  de	
  ce	
  document	
  présente	
  les	
  caractéristiques	
  et	
  enjeux	
  des	
  technologies	
  citées,	
  une	
  
analyse	
  des	
  publications	
  scientifiques	
  et	
  brevets	
  déposés	
  (volumétrie,	
  géographie,	
  acteurs)	
  et	
  propose	
  
un	
  focus	
  sur	
  l’activité	
  liée	
  au	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  et	
  à	
  l’engagement	
  de	
  la	
  Chine	
  sur	
  ce	
  sujet.	
  
La	
  seconde	
  partie	
  s’intéresse	
  aux	
  acteurs	
  de	
  ce	
  nouveau	
  marché,	
  les	
  premières	
  tendances	
  et	
  propose	
  
une	
  cartographie	
  des	
  acteurs	
  et	
  du	
  type	
  de	
  relations	
  qui	
  se	
  nouent	
  entre	
  eux.	
  
Ce	
  rapport	
  est	
  associé	
  à	
  un	
  second	
  rapport	
  -­‐	
  de	
  diffusion	
  restreinte	
  -­‐	
  qui	
  présente	
  en	
  détail	
  le	
  dispositif	
  
de	
  veille	
  ayant,	
  d’une	
  part	
  permis	
  de	
  produire	
  les	
  analyses	
  présentées	
  ici	
  et,	
  d’autre	
  part	
  suivre	
  en	
  flux	
  
continu	
  la	
  construction	
  de	
  la	
  filière.	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
8	
  
	
  
Partie	
  1	
  :	
  Etat	
  de	
  l’art	
  des	
  
technologies	
  lithium	
  ion	
  
La	
  première	
  section	
  de	
  cette	
  partie	
  étudie	
  les	
  caractéristiques	
  et	
  enjeux	
  associés	
  aux	
  quatre	
  options	
  
technologiques	
  retenues.	
  L’étude	
  des	
  brevets	
  et	
  des	
  publications	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  lithium	
  ion	
  permet	
  
ensuite	
   d’identifier	
   les	
   tendances	
   et	
   la	
   recherche	
   et	
   développement	
   développée	
   autour	
   de	
   ces	
   4	
  
options	
  :	
  le	
  Manganèse	
  (Mn),	
  l’association	
  Nickel	
  Manganèse-­‐Cobalt	
  (Ni–Mn–Co),	
  l’association	
  Nickel-­‐
Cobalt-­‐Aluminium	
  (Ni-­‐Co-­‐Al)	
  et	
  enfin	
  le	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  (LiFePO).	
  
La	
  seconde	
  section	
  analyse	
  les	
  publications	
  scientifiques	
  et	
  les	
  brevets	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  lithium	
  ion.	
  
La	
  troisième	
  section	
  se	
  concentre	
  sur	
  la	
  technologie	
  Phosphate	
  de	
  Fer.	
  Et	
  enfin,	
  la	
  quatrième	
  section,	
  
consacrée	
   à	
   l’engagement	
   de	
   la	
   Chine	
   dans	
   cette	
   voie,	
   montre,	
   qu’au-­‐delà	
   des	
   considérations	
  
économiques,	
   la	
   bataille	
   technologique	
   autour	
   des	
   batteries	
   pose	
   le	
   problème	
   de	
   la	
   propriété	
  
intellectuelle	
  des	
  brevets.	
  Le	
  choix	
  de	
  la	
  technologie	
  ne	
  repose	
  pas	
  seulement	
  sur	
  des	
  points	
  techniques	
  
mais	
  prend	
  également	
  en	
  compte	
  des	
  considérations	
  politiques	
  et	
  légales.	
  	
  
Caractéristiques	
   et	
   enjeux	
   des	
   technologies	
   associées	
   aux	
  
batteries	
  lithium	
  ion	
  
Les	
  caractéristiques	
  des	
  véhicules	
  électriques	
  
Un	
  véhicule	
  électrique	
  (EV)	
  fonctionne	
  avec	
  un	
  moteur	
  électrique	
  qui	
  transforme	
  en	
  énergie	
  mécanique	
  
l’électricité	
  stockée	
  dans	
  un	
  ensemble	
  d’accumulateurs.	
  Il	
  reçoit	
  donc	
  toute	
  son	
  énergie	
  de	
  sa	
  batterie	
  
qui	
  doit	
  être	
  rechargée.	
  Les	
  technologies	
  actuelles	
  ne	
  permettent	
  pas	
  d’obtenir	
  des	
  voitures	
  ayant	
  une	
  
autonomie	
  de	
  plus	
  de	
  150	
  km4
.	
  
Les	
  véhicules	
  à	
  motorisation	
  hybride	
  allient	
  un	
  moteur	
  thermique	
  classique	
  et	
  un	
  moteur	
  électrique.	
  
Pour	
  Pluchet	
  &	
  Destruel,	
  2010,	
  les	
  véhicules	
  électriques	
  présentent	
  une	
  série	
  d’avantages	
  qui	
  peuvent	
  
se	
  résumer	
  à	
  :	
  	
  
• Un	
  coût	
  faible	
  au	
  kilomètre	
  (hors	
  coût	
  d’achat	
  du	
  véhicule)	
  
• Une	
  efficacité	
  énergétique	
  élevée	
  
• Aucune	
  émission	
  de	
  gaz	
  à	
  effet	
  de	
  serre	
  
• Véhicule	
  silencieux	
  
• Les	
  moteurs	
  électriques	
  sont	
  peu	
  encombrants	
  
• Un	
  coût	
  d’entretien	
  plus	
  faible	
  que	
  pour	
  un	
  véhicule	
  thermique	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
4
Pluchet	
  J.,	
  Rapport	
  «	
  Etat	
  de	
  la	
  R&D	
  dans	
  le	
  domaine	
  des	
  batteries	
  pour	
  véhicules	
  électriques	
  au	
  Japon	
  »,	
  oct-­‐2010.	
  	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
9	
  
A	
  l’opposé,	
  toujours	
  selon	
  Pluchet	
  &	
  Destruel,	
  2010,	
  les	
  inconvénients	
  sont	
  les	
  suivants	
  :	
  	
  
• Une	
  faible	
  autonomie.	
  
• Un	
  coût	
  des	
  batteries	
  élevé.	
  
• Les	
  performances	
  du	
  véhicule	
  se	
  dégradent	
  dans	
  les	
  climats	
  très	
  froids	
  lorsque	
  les	
  températures	
  
extérieures	
  diminuent.	
  
• L’utilisation	
  du	
  chauffage	
  diminue	
  l’autonomie	
  car	
  il	
  n’y	
  a	
  pas	
  de	
  récupération	
  de	
  chaleur	
  comme	
  
dans	
  un	
  véhicule	
  thermique.	
  
• La	
  durée	
  de	
  charge	
  des	
  batteries	
  est	
  longue.	
  
• Le	
  silence	
  du	
  véhicule	
  présente	
  un	
  danger	
  potentiel	
  pour	
  les	
  piétons.	
  
Les	
  principes	
  de	
  fonctionnement	
  d’un	
  accumulateur	
  électrique5
	
  
Pour	
   comprendre	
   l’enjeu	
   du	
   choix	
   technologique,	
   il	
   importe	
   de	
   connaitre	
   les	
   principes	
   généraux	
   de	
  
fonctionnement	
  d’une	
  batterie	
  (ou	
  accumulateur	
  électrique).	
  
Une	
   batterie	
   est	
   un	
   ensemble	
   d’accumulateurs	
   couplés.	
   L’énergie	
   y	
   est	
   stockée	
   sous	
   forme	
  
électrochimique	
  et	
  le	
  courant	
  électrique	
  y	
  est	
  généré	
  par	
  une	
  réaction	
  d’oxydoréduction	
  au	
  cours	
  de	
  
laquelle	
  se	
  produit	
  un	
  transfert	
  d’électrons	
  (le	
  réducteur	
  cède	
  un	
  électron	
  à	
  l’oxydant).	
  Ce	
  transfert	
  se	
  
réalise	
  par	
  l’intermédiaire	
  d’ions	
  au	
  sein	
  d’une	
  cellule	
  élémentaire	
  (l’accumulateur	
  électrique)	
  composée	
  
de	
   deux	
   électrodes,	
   l’une	
   positive	
   (la	
   cathode)	
   et	
   l’autre	
   négative	
   (l’anode),	
   baignant	
   dans	
   un	
  
électrolyte.	
   La	
   transformation	
   électrochimique,	
   qui	
   est	
   réversible,	
   permet	
   ainsi	
   de	
   charger	
   et	
   de	
  
décharger	
  la	
  batterie.6
	
  	
  
La	
   composition	
   de	
   l’anode,	
   celle	
   de	
   la	
   cathode	
   et	
   celle	
   de	
   l’électrolyte	
   sont	
   les	
   trois	
   éléments	
   qui	
  
déterminent	
   le	
   type	
   de	
   la	
   batterie.	
   Du	
   choix	
   des	
   matériaux	
   et	
   leur	
   bonne	
   association	
   découlent	
   les	
  
performances	
  de	
  la	
  batterie.	
  
La	
   fabrication	
   de	
   la	
   batterie	
   mobilise	
   une	
   série	
   d’acteurs,	
   de	
   techniques	
   et	
   de	
   technologies	
   qui	
  
s’organisent	
  de	
  la	
  façon	
  suivante	
  :	
  	
  
Chaine	
  de	
  valeur	
  de	
  la	
  production	
  d’une	
  batterie	
  lithium	
  ion	
  
	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
5
	
  Ibid,	
  p.19-­‐20	
  
6
	
  Pluchet	
  &	
  Destruel,	
  2010	
  et	
  http://voiture-­‐tpe.e-­‐monsite.com/rubrique,i-­‐le-­‐moteur-­‐electrique,1426150.html	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
10	
  
Les	
  caractéristiques	
  d’une	
  batterie	
  lithium	
  ion	
  pour	
  véhicule	
  électrique	
  7
	
  
• La	
  durée	
  de	
  vie	
  :	
  Actuellement,	
  elle	
  varie	
  entre	
  5	
  et	
  8	
  ans.	
  
• Le	
  cycle	
  de	
  vie	
  :	
  Il	
  s’exprime	
  en	
  nombre	
  de	
  cycles	
  de	
  charge/décharge	
  et	
  caractérise	
  l’usure	
  due	
  à	
  
l’utilisation.	
   Généralement,	
   on	
   mesure	
   le	
   nombre	
   de	
   cycles	
   pendant	
   lesquels	
   la	
   batterie	
   peut	
  
restituer	
  une	
  énergie	
  supérieure	
  à	
  80%	
  de	
  son	
  énergie	
  nominale.	
  La	
  valeur	
  pour	
  les	
  batteries	
  
lithium	
  ion	
  actuelles	
  est	
  de	
  l’ordre	
  de	
  1000	
  cycles.	
  
• Le	
  coût	
  :	
  Il	
  exprime	
  le	
  prix	
  de	
  la	
  batterie	
  par	
  Wh.	
  Il	
  est	
  actuellement	
  compris	
  entre	
  0,90	
  et	
  1,8	
  
€/Wh.	
  
• La	
  sécurité	
  :	
  La	
  dangerosité	
  des	
  batteries	
  est	
  un	
  point	
  très	
  important.	
  Il	
  est	
  essentiel	
  d’éviter	
  les	
  
réactions	
  chimiques	
  qui	
  libèrent	
  une	
  grande	
  quantité	
  de	
  chaleur	
  susceptibles	
  de	
  provoquer	
  un	
  
incendie.	
  Les	
  composants	
  chimiques	
  sujets	
  à	
  l’emballement	
  thermique	
  doivent	
  donc	
  être	
  utilisés	
  
dans	
  un	
  boîtier	
  résistant	
  et	
  avec	
  des	
  cellules	
  de	
  contrôle	
  garantissant	
  la	
  sécurité	
  du	
  système8
.	
  
• La	
  durée	
  de	
  charge	
  :	
  Le	
  temps	
  nécessaire	
  pour	
  effectuer	
  un	
  plein	
  d’énergie	
  dépend	
  du	
  type	
  de	
  la	
  
prise	
  électrique	
  à	
  laquelle	
  le	
  véhicule	
  est	
  connecté.	
  Il	
  est	
  de	
  8h	
  pour	
  une	
  borne	
  normale	
  et	
  de	
  30	
  
minutes	
  pour	
  une	
  borne	
  de	
  charge	
  rapide.	
  
Parmi	
   les	
   différentes	
   technologies	
   de	
   batteries	
   expérimentées	
   ou	
   en	
   cours	
   d’expérimentation,	
   la	
  
batterie	
  lithium	
  ion	
  semble	
  donner	
  de	
  meilleurs	
  résultats.	
  	
  
Les	
   batteries	
   lithium	
   ion	
   sont	
   peu	
   encombrantes,	
   nécessitent	
   peu	
   de	
   maintenance,	
   ont	
   une	
   faible	
  
autodécharge	
  et	
  permettent	
  de	
  stocker	
  trois	
  à	
  quatre	
  fois	
  plus	
  d'énergie	
  par	
  unité	
  de	
  masse	
  que	
  les	
  
batteries	
  classiques9
.	
  
Le	
  lithium	
  est	
  abondant10
	
  et	
  son	
  prix	
  pour	
  le	
  moment	
  ne	
  représente	
  qu'une	
  faible	
  part	
  du	
  prix	
  de	
  la	
  
batterie.	
  	
  
Dans	
  le	
  cadre	
  de	
  cette	
  étude,	
  nous	
  nous	
  limitons	
  aux	
  quatre	
  options	
  de	
  cette	
  technologie	
  que	
  sont	
  le	
  
Manganèse	
   (Mn),	
   l’association	
   Nickel	
   Manganèse-­‐Cobalt	
   (Ni–Mn–Co),	
   l’association	
   Nickel-­‐Cobalt-­‐
Aluminium	
  (Ni-­‐Co-­‐Al)	
  et	
  enfin	
  le	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  (LiFePO).	
  Ce	
  choix	
  se	
  justifie	
  par	
  le	
  fait	
  que	
  ce	
  sont	
  les	
  
technologies	
  sur	
  lesquelles	
  se	
  concentre	
  la	
  majeure	
  partie	
  des	
  acteurs	
  engagés	
  dans	
  ce	
  secteur.	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
7
	
  Ibid.,	
  ADEME,	
  Le	
  transport	
  électrique	
  en	
  France	
  :	
  un	
  développement	
  nécessaire	
  sous	
  contrainte,	
  2009.	
  www.ademe.fr	
  
8
	
  Mavier	
  J.,	
  Convertisseurs	
  génériques	
  à	
  tolérance	
  de	
  panne	
  :	
  application	
  pour	
  le	
  domaine	
  aéronautique,	
  thèse	
  de	
  doctorat,	
  
2007	
  
9
	
  Ibid.	
  p.	
  19-­‐23	
  
10
	
  http://www.batscap.com/la-­‐batterie-­‐lithium-­‐metal-­‐polymere/industrialisation.php	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
11	
  
	
  
Comparaison	
  des	
  4	
  technologies	
  selon	
  leurs	
  caractéristiques	
  techniques	
  
	
   	
  
Comparaison	
  qualitative	
  
	
   Ni-­‐Co-­‐Al	
  	
   Ni-­‐Mn-­‐Co	
  	
   Mn	
  	
   LiFePO	
  
Energie	
  	
   +	
  	
   +	
  	
   -­‐	
  	
   -­‐	
  	
  
Puissance	
  	
   +	
  	
   +/-­‐	
  	
   +	
  	
   +	
  	
  
Densité	
  
énergétique	
  	
  
++	
  	
   ++	
  	
   +	
  	
   -­‐	
  	
  
Durée	
  de	
  vie	
  	
   ++	
  	
   +	
  	
   -­‐-­‐	
  	
   -­‐	
  (au	
  dessus	
  de	
  
30°)	
  
Nombre	
  de	
  cycles	
  	
   +	
  	
   +	
  	
   -­‐	
  	
   +	
  	
  
Sécurité	
  	
   -­‐	
  -­‐	
   -­‐	
  	
   -­‐	
  	
   +	
  	
  
Coût	
  	
   ++	
  	
   ++	
  	
   -­‐	
  	
   -­‐	
  	
  
Maturité	
  	
   ++	
  	
   -­‐	
  	
   ++	
  	
   -­‐-­‐	
  	
  
	
  
Le	
  Nickel	
  Cobalt	
  pose	
  un	
  problème	
  au	
  niveau	
  du	
  coût	
  de	
  ses	
  matériaux.	
  Associé	
  à	
  l’Aluminium	
  (Ni-­‐Co-­‐Al),	
  
la	
   technologie	
   semble	
   répondre	
   à	
   toutes	
   les	
   caractéristiques	
   attendues	
   pour	
   le	
   véhicule	
   électrique.	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
12	
  
Cependant,	
  la	
  sécurité	
  semble	
  compromettre	
  la	
  qualité	
  de	
  ses	
  performances,	
  faiblesse	
  qui	
  affecte	
  de	
  
même	
  comme	
  le	
  Nickel	
  Manganèse	
  Cobalt	
  (Ni-­‐Co-­‐Al).	
  
Si	
  le	
  Manganèse	
  (Mn)	
  semble	
  la	
  technologie	
  la	
  plus	
  mature	
  et	
  la	
  moins	
  coûteuse,	
  il	
  reste	
  cependant	
  peu	
  
viable	
  si	
  on	
  tient	
  compte	
  de	
  l’usure	
  de	
  la	
  batterie	
  due	
  à	
  l’utilisation.	
  
La	
  technologie	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  est	
  la	
  technologie	
  la	
  moins	
  mature	
  mais	
  elle	
  présente	
  des	
  avantages	
  
importants	
   en	
   matière	
   de	
   coût	
   et	
   de	
   sécurité,	
   critères	
   qui	
   sont	
   reconnus	
   comme	
   très	
   importants.	
  
Nombre	
   d’acteurs	
   ont	
   d’ailleurs	
   misé	
   sur	
   cette	
   option	
   technologie	
   émergente	
   (voir	
   troisième	
   et	
  
quatrième	
  section).	
  	
  
Production	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  et	
  de	
  brevets	
  
Une	
  comparaison	
  des	
  volumes	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  et	
  de	
  brevets	
  produits	
  entre	
  2000	
  et	
  2010	
  
dans	
  le	
  domaine	
  des	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  permet	
  de	
  suivre	
  l’orientation	
  de	
  la	
  recherche	
  scientifique	
  
autour	
  des	
  4	
  options	
  de	
  cette	
  filière.	
  	
  
Le	
   Web	
   of	
   Science	
   (Thomson	
   Reuters)	
   a	
   servi	
   à	
   repérer	
   une	
   sélection	
   d’articles,	
   d’auteurs	
   et	
  
d’institutions	
  de	
  recherche	
  qui	
  ont	
  permis	
  d’analyser	
  l’activité	
  de	
  recherche	
  scientifique	
  et	
  d’identifier	
  
les	
  principaux	
  acteurs	
  scientifiques	
  dans	
  ce	
  domaine.	
  
De	
  même,	
  l’analyse	
  des	
  brevets	
  -­‐	
  avec	
  l’outil	
  Matheo	
  Patent®	
  et	
  la	
  base	
  de	
  données	
  Espacenet®	
  de	
  l’OEB	
  
(Office	
   Européen	
   des	
   Brevets)	
   –	
   a	
   permis	
   de	
   caractériser	
   l’activité	
   de	
   recherche	
   technologique	
   et	
  
d’identifier	
  les	
  principaux	
  acteurs	
  technologiques.	
  
L’analyse	
   des	
   publications	
   et	
   des	
   brevets	
   correspondant	
   aux	
   4	
   technologies	
   étudiées	
   permet	
   de	
  
caractériser	
  la	
  dynamique	
  générale	
  de	
  la	
  technologie	
  lithium	
   ion	
  entre	
  2000	
  et	
  2010.	
  Le	
  Manganèse	
  
(Mn)	
  est	
  l’option	
  qui	
  regroupe	
  le	
  plus	
  grand	
  nombre	
  de	
  brevets	
  et	
  de	
  publications.	
  Mais	
  le	
  Phosphate	
  de	
  
Fer	
  (LiFePO)	
  est	
  l’option	
  qui	
  manifeste	
  la	
  progression	
  la	
  plus	
  forte,	
  avec	
  un	
  décollage	
  à	
  partir	
  de	
  2004.	
  	
  
Nombre	
  de	
  publications	
  parues	
  par	
  technologie	
  
	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
13	
  
Nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  par	
  technologie	
  
	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Evolution	
  par	
  pays	
  de	
  2000	
  à	
  2010	
  
Une	
  analyse	
  par	
  zone	
  géographique	
  montre	
  que	
  la	
  Chine	
  occupe	
  une	
  place	
  de	
  leader	
  pour	
  la	
  technologie	
  
Phosphate	
  de	
  Fer	
  alors	
  que	
  le	
  Japon	
  détient	
  le	
  plus	
  grand	
  nombre	
  de	
  brevets	
  et	
  de	
  publications	
  pour	
  le	
  
Manganèse.	
  Les	
  États-­‐Unis	
  ont	
  déposé	
  davantage	
  de	
  brevets	
  dans	
  le	
  Manganèse,	
  mais	
  les	
  publications	
  
américaines	
   dans	
   le	
   domaine	
   du	
   Phosphate	
   de	
   Fer	
   dépassent	
   légèrement	
   celles	
   consacrées	
   au	
  
Manganèse.	
  La	
  France	
  et	
  la	
  Corée	
  publient	
  de	
  façon	
  équilibrée	
  entre	
  ces	
  deux	
  technologies.	
  
	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
14	
  
	
  
Le	
  volume	
  des	
  brevets	
  et	
  publications	
  pour	
  les	
  4	
  technologies	
  
	
  
Publications	
  2000-­‐2010	
   Brevets	
  2000-­‐2010	
  
	
   	
  
	
  
	
  
	
  
	
   	
  
	
   	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science,	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Plus	
  de	
  60%	
  des	
  demandes	
  de	
  brevets	
  autour	
  du	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  sont	
  déposées	
  auprès	
  de	
  l’office	
  
chinois	
   de	
   la	
   propriété	
   industrielle	
   (SIPO).	
   Le	
   Japon	
   totalise	
   22%	
   des	
   brevets	
   dans	
   le	
   Manganèse.	
   Le	
  
nombre	
  de	
  publications	
  entre	
  2000	
  et	
  2010	
  semble	
  proportionnel	
  au	
  nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  par	
  
pays,	
   à	
   l’exception	
   du	
   Phosphate	
   de	
   Fer.	
   Dans	
   ce	
   domaine,	
   la	
   Chine	
   totalise	
   près	
   de	
   30%	
   des	
  
publications	
  mondiales,	
  se	
  plaçant	
  devant	
  les	
  Etats	
  Unis	
  et	
  le	
  Japon.	
  La	
  France	
  est	
  très	
  active	
  sur	
  le	
  plan	
  
des	
  publications,	
  mais	
  elle	
  dépose	
  peu	
  de	
  brevets.	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
15	
  
Analyse	
  géographique	
  
	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Focus	
  sur	
  la	
  technologie	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  
Naissance	
  de	
  la	
  filière	
  
La	
   création	
   de	
   la	
   filière	
   Phosphate	
   de	
   Fer	
   (LiFePO)	
   peut	
   être	
   rattachée	
   à	
   quelques	
   publications	
  
scientifiques.	
  Le	
  LiFePO	
  a	
  initialement	
  été	
  identifié	
  comme	
  un	
  matériau	
  de	
  cathode	
  potentiel	
  pour	
  les	
  
batteries	
  au	
  lithium	
  par	
  le	
  chercheur	
  John	
  Goodenough,	
  de	
  l'Université	
  du	
  Texas.	
  Le	
  nombre	
  de	
  citations	
  
reçues	
   par	
   ces	
   travaux	
   témoigne	
   du	
   caractère	
   exceptionnel	
   de	
   leur	
   publication	
   séminale.	
   L’article	
  
fondateur	
  «	
  Phospho-­‐olivines	
  as	
  positive-­‐electrode	
  materials	
  for	
  rechargeable	
  lithium	
  batteries	
  »,	
  publié	
  
en	
  1997	
  dans	
  la	
  revue	
  «	
  Journal	
  of	
  The	
  Electrochemical	
  Society	
  »,	
  a	
  reçu	
  entre	
  1997	
  à	
  2010,	
  un	
  total	
  de	
  
1465	
   citations.	
   Cette	
   performance	
   est	
   en	
   soi	
   exceptionnelle.	
   Elle	
   signe	
   une	
   très	
   forte	
   visibilité	
   des	
  
résultats	
   publiés.	
   De	
   plus,	
   alors	
   que	
   les	
   articles	
   scientifiques	
   atteignent	
   généralement	
   leur	
   pic	
   de	
  
citations	
  au	
  bout	
  de	
  3	
  à	
  5	
  ans,	
  avant	
  d’enregistrer	
  un	
  déclin,	
  cet	
  article	
  séminal	
  de	
  John	
  Goodenough	
  
présente	
  un	
  profil	
  de	
  citations	
  singulier	
  :	
  le	
  nombre	
  de	
  citations	
  est	
  encore	
  en	
  croissance,	
  plus	
  de	
  13	
  ans	
  
après	
  sa	
  publication.	
  
Nombre	
  de	
  citations	
  reçues	
  par	
  J.	
  Goodenough	
  (1997)	
  
Année	
   1997	
   1998	
  	
   1999	
  	
   2000	
  	
   2001	
   2002	
   2003	
  	
   2004	
  	
   2005	
  	
   2006	
   2007	
  	
   2008	
  	
   2009	
  	
   2010	
  
Nb	
  de	
  	
  
citations	
  
reçues	
  
1	
  	
   2	
  	
   1	
  	
   11	
  	
   21	
   40	
  	
   48	
  	
   87	
  	
   105	
  	
   132	
   160	
  	
   201	
  	
   241	
  	
   292	
  
Source	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
0	
  
50	
  
100	
  
150	
  
200	
  
250	
  
300	
  
350	
  
400	
  
450	
  
CN	
   US	
   WO	
   JP	
   KR	
   EP	
   DE	
   CA	
   FR	
   AU	
  
Les	
  brevets	
  déposés	
  par	
  office	
  
NiCoMn	
  
Mn	
  
NiCoAl	
  
FePo	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
16	
  
	
  
Courbe	
  des	
  citations	
  reçues	
  par	
  J.	
  Goodenough	
  (1997)	
  
	
  
Source	
  Web	
  of	
  science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Les	
  publications	
  scientifiques	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  LiFePO	
  
Les	
  10	
  publications	
  scientifiques	
  les	
  plus	
  cités	
  dans	
  le	
  domaine	
  de	
  la	
  recherche	
  Phosphate	
  de	
  
Fer	
  1991-­2010-­	
  (liste	
  des	
  25	
  en	
  annexe)	
  
Rang	
   Titre	
   Auteurs	
   Source	
   Année	
   de	
  
publication	
  
Nbre	
   de	
  
citations	
  
1	
   Phospho-­‐olivines	
   as	
  
positive-­‐electrode	
  
materials	
   for	
  
rechargeable	
   lithium	
  
batteries	
  
Padhi,	
   AK;	
  
Nanjundaswamy,	
  
KS;	
   Goodenough,	
  
JB	
  
JOURNAL	
   OF	
   THE	
  
ELECTROCHEMICAL	
  
SOCIETY	
  
1997	
   1465	
  
2	
   Electronically	
  conductive	
  
phospho-­‐olivines	
   as	
  
lithium	
   storage	
  
electrodes	
  
Chung,	
  SY;	
  Bloking,	
  
JT;	
  Chiang,	
  YM	
  
NATURE	
  MATERIALS	
   2002	
   765	
  
3	
   Optimized	
   LiFePO4	
   for	
  
lithium	
  battery	
  cathodes	
  
Yamada,	
   A;	
   Chung,	
  
SC;	
  Hinokuma,	
  K	
  
JOURNAL	
   OF	
   THE	
  
ELECTROCHEMICAL	
  
SOCIETY	
  
2001	
   660	
  
4	
   Effect	
   of	
   structure	
   on	
  
the	
   Fe3+/Fe2+	
   redox	
  
couple	
   in	
   iron	
  
phosphates	
  
Padhi,	
   AK;	
  
Nanjundaswamy,	
  
KS;	
   Masquelier,	
   C;	
  
et	
  al.	
  
JOURNAL	
   OF	
   THE	
  
ELECTROCHEMICAL	
  
SOCIETY	
  
1997	
   385	
  
5	
   Approaching	
   theoretical	
  
capacity	
   of	
   LiFePO4	
   at	
  
room	
   temperature	
   at	
  
high	
  rates	
  
Huang,	
   H;	
   Yin,	
   SC;	
  
Nazar,	
  LF	
  
ELECTROCHEMICAL	
  
AND	
   SOLID	
   STATE	
  
LETTERS	
  
2001	
   369	
  
6	
   Nano-­‐network	
  electronic	
  
conduction	
   in	
   iron	
   and	
  
nickel	
   olivine	
  
phosphates	
  
Herle,	
   PS;	
   Ellis,	
   B;	
  
Coombs,	
  N;	
  et	
  al.	
  
NATURE	
  MATERIALS	
   2004	
   293	
  
7	
   Lithium	
   Andersson,	
   AS;	
   SOLID	
  STATE	
  IONICS	
   2000	
   269	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
17	
  
extraction/insertion	
   in	
  
LiFePO4:	
   an	
   X-­‐ray	
  
diffraction	
   and	
  
Mossbauer	
  spectroscopy	
  
study	
  
Kalska,	
   B;	
  
Haggstrom,	
  L;	
  et	
  al.	
  
8	
   Electroactivity	
  of	
  natural	
  
and	
  synthetic	
  triphylite	
  
Ravet,	
   N;	
  
Chouinard,	
   Y;	
  
Magnan,	
  JF;	
  et	
  al.	
  
JOURNAL	
   OF	
   POWER	
  
SOURCES	
  
2001	
   253	
  
9	
   Hydrothermal	
   synthesis	
  
of	
   lithium	
   iron	
  
phosphate	
  cathodes	
  
Yang,	
   SF;	
   Zavalij,	
  
PY;	
   Whittingham,	
  
MS	
  
ELECTROCHEMISTRY	
  
COMMUNICATIONS	
  
2001	
   232	
  
10	
   The	
   source	
   of	
   first-­‐cycle	
  
capacity	
  loss	
  in	
  LiFePO4	
  
Andersson,	
   AS;	
  
Thomas,	
  JO	
  
JOURNAL	
   OF	
   POWER	
  
SOURCES	
  
2001	
   224	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Les	
  10	
  principaux	
  auteurs	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  relatives	
  au	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  pendant	
  
la	
  période	
  2000-­2010	
  -­‐	
  (liste	
  des	
  25	
  en	
  annexe)	
  
Rang	
   Auteurs	
  
Nb	
  de	
  
publications	
  	
  
Institutions	
  des	
  signataires	
  
1	
   WANG,	
  ZX	
   41	
  
Cent	
  S	
  Univ,	
  Sch	
  Met	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Changsha	
  410083,	
  Hunan	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Chinese	
  Acad	
  Sci,	
  Beijing	
  Natl	
  Lab	
  Condensed	
  
Matter	
  Phys,	
  Inst	
  Phys,	
  Beijing	
  100190,	
  Peoples	
  R	
  China/	
  Jiangxi	
  
Univ	
  Sci	
  &	
  Technol,	
  Sch	
  Mat	
  &	
  Chem	
  Engn,	
  Ganzhou	
  341000,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Guilin	
  Univ	
  Technol,	
  Dept	
  Mat	
  &	
  Chem,	
  Guilin	
  
541004,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
2	
   ZAGHIB,	
  K	
   38	
  
Inst	
  Rech	
  Hydro	
  Quebec,	
  Varennes,	
  PQ	
  J3X	
  1S1	
  Canada	
  /	
  Univ	
  
Paris	
  06,	
  IMPMC,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  CNRS,	
  Dept	
  Math	
  Phys	
  
Planete	
  &	
  Univers,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Univ	
  Montreal,	
  Dept	
  
Chim,	
  Montreal,	
  PQ	
  3HC	
  3J7	
  Canada	
  /	
  Univ	
  Texas,	
  Austin,	
  TX	
  
78712	
  USA	
  /	
  Univ	
  Calif	
  Berkeley,	
  Lawrence	
  Berkeley	
  Lab,	
  Environm	
  
Energy	
  Technol	
  Div,	
  Berkeley,	
  CA	
  94720	
  USA	
  /	
  Phostech	
  Lithium,	
  
Boucherville,	
  PQ	
  J4B	
  7K4	
  Canada	
  /	
  	
  
3	
  
TARASCON,	
  
JM	
  
33	
  
Univ	
  Picardie	
  Jules	
  Verne,	
  CNRS	
  UMR	
  6007,	
  LRCS,	
  F-­‐80039	
  Amiens,	
  
France	
  /	
  Univ	
  Picardie,	
  Lab	
  React	
  &	
  Chim	
  Solides,	
  CNRS,	
  UMR	
  
6007,	
  F-­‐80039	
  Amiens,	
  France	
  
4	
   JULIEN,	
  CM	
   31	
  
Univ	
  Paris	
  06,	
  IMPMC,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Inst	
  Rech	
  Hydro	
  
Quebec,	
  Varennes,	
  PQ	
  J3X	
  1S1	
  Canada	
  /	
  CNRS,	
  Dept	
  MPPU,	
  F-­‐
75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Warsaw	
  Univ	
  Technol,	
  Fac	
  Phys,	
  PL-­‐00662	
  
Warsaw,	
  Poland	
  /	
  Univ	
  Michigan,	
  Dept	
  Geol	
  Sci,	
  Nanosci	
  &	
  Surface	
  
Chem	
  Lab,	
  Ann	
  Arbor,	
  MI	
  48109	
  USA	
  /	
  Univ	
  Texas,	
  Austin,	
  TX	
  
78712	
  USA	
  /	
  Univ	
  Montreal,	
  Dept	
  Chim,	
  Montreal,	
  PQ	
  3HC	
  3J7	
  
Canada	
  /Phostech	
  Lithium,	
  Boucherville,	
  PQ	
  J4B	
  7K4	
  Canada	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
18	
  
5	
   MAUGER,	
  A	
   29	
  
Univ	
  Paris	
  06,	
  IMPMC,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Inst	
  Rech	
  Hydro	
  
Quebec,	
  Varennes,	
  PQ	
  J3X	
  1S1	
  Canada	
  /	
  CNRS,	
  Dept	
  MPPU,	
  F-­‐
75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Warsaw	
  Univ	
  Technol,	
  Fac	
  Phys,	
  PL-­‐00662	
  
Warsaw,	
  Poland	
  /	
  Univ	
  Michigan,	
  Dept	
  Geol	
  Sci,	
  Nanosci	
  &	
  Surface	
  
Chem	
  Lab,	
  Ann	
  Arbor,	
  MI	
  48109	
  USA	
  /	
  Univ	
  Texas,	
  Austin,	
  TX	
  
78712	
  USA	
  /	
  Univ	
  Montreal,	
  Dept	
  Chim,	
  Montreal,	
  PQ	
  3HC	
  3J7	
  
Canada	
  /Phostech	
  Lithium,	
  Boucherville,	
  PQ	
  J4B	
  7K4	
  Canada	
  
	
  
6	
   GENDRON,	
  F	
   28	
  
Univ	
  Paris	
  06,	
  IMPMC,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Inst	
  Rech	
  Hydro	
  Quebec,	
  
Varennes,	
  PQ	
  J3X	
  1S1	
  Canada	
  /	
  CNRS,	
  Dept	
  MPPU,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  
Warsaw	
  Univ	
  Technol,	
  Fac	
  Phys,	
  PL-­‐00662	
  Warsaw,	
  Poland	
  /	
  Univ	
  Michigan,	
  
Dept	
  Geol	
  Sci,	
  Nanosci	
  &	
  Surface	
  Chem	
  Lab,	
  Ann	
  Arbor,	
  MI	
  48109	
  USA	
  /	
  Univ	
  
Texas,	
  Austin,	
  TX	
  78712	
  USA	
  /	
  Univ	
  Montreal,	
  Dept	
  Chim,	
  Montreal,	
  PQ	
  3HC	
  3J7	
  
Canada	
  /Phostech	
  Lithium,	
  Boucherville,	
  PQ	
  J4B	
  7K4	
  Canada	
  
7	
  
GABERSCEK,	
  
M	
  
27	
  
Natl	
  Inst	
  Chem,	
  SI-­‐1000	
  Ljubljana,	
  Slovenia	
  /	
  Jozef	
  Stefan	
  Inst,	
  SI-­‐1000	
  Ljubljana,	
  
Slovenia	
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  Slovenia	
  
/	
  Fac	
  Chem	
  &	
  Chem	
  Technol,	
  SI-­‐1000	
  Ljubljana,	
  Slovenia	
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  UMR	
  
6506,	
  CNRS,	
  Catalyse	
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  France	
  	
  
8	
   AHN,	
  JH	
   26	
  
Gyeongsang	
  Natl	
  Univ,	
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  Jinju	
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  South	
  Korea	
  /	
  
Chonbuk	
  Natl	
  Univ,	
  Dept	
  Polymer	
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  &	
  Technol,	
  Jeonju	
  561756,	
  South	
  
Korea/	
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  Inst	
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  Wollongong,	
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2522	
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  Andong	
  Natl	
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  Engn,	
  Andong	
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  Gyungbuk	
  
South	
  Korea	
  	
  
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  Met	
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  R	
  
China	
  
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  Engn,	
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  410083,	
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  R	
  
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  SCI	
   Chinese	
   Acad	
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   State	
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High	
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  Ceram	
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  Superfine,	
  Shanghai	
  200050,	
  
Peoples	
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  filière	
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  lithium	
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Etat	
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   CENT	
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   Cent	
   S	
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   Engn,	
   Changsha	
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Hunan	
  Peoples	
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  China	
  	
  
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   Univ	
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QUEBEC	
  
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BERKELEY	
  
Univ	
   Calif	
   Berkeley,	
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   Berkeley	
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   Environm	
  
Energy	
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Univ	
  Roma	
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  Dept	
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  I-­‐00185	
  Rome,	
  Italy	
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   CHONNAM	
   NATL	
  
UNIV	
  
Chonnam	
   Natl	
   Univ,	
   Fac	
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   Chem	
   Engn,	
   Kwangju	
  
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  South	
  Korea	
  
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   MIT	
   MIT,	
  Dept	
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  Sci	
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   TOKYO	
   INST	
  
TECHNOL	
  
Tokyo	
   Inst	
   Technol,	
   Dept	
   Elect	
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   Interdisciplinary	
  
Grad	
  Sch	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Midori	
  Ku,	
  Yokohama,	
  Kanagawa	
  
2268502	
  Japan	
  	
  
32	
  
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   GYEONGSANG	
  
NATL	
  UNIV	
  
Gyeongsang	
   Natl	
   Univ,	
   Dept	
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   &	
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   Jinju	
  
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  South	
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L’analyse	
   de	
   l’origine	
   géographique	
   des	
   institutions	
   signataires	
   d’articles	
   scientifiques	
   consacrés	
   au	
  
LiFePO	
   montre	
   l’intensité	
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   dans	
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  apparaissent	
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  l’université	
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  est	
  en	
  troisième	
  position,	
  l’université	
  Picardie	
  Jules	
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16ème
	
  position.	
  La	
  suite	
  du	
  classement	
  confirme	
  l’engagement	
  de	
  la	
  Chine	
  dans	
  la	
  filière	
  LiFePO.	
  Ce	
  pays	
  
représente	
  un	
  tiers	
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  100	
  premières	
  institutions	
  signataires.	
  
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  par	
  pays	
  des	
  100	
  premiers	
  signataires	
  d’articles	
  scientifiques	
  consacrés	
  au	
  LiFePO	
  
	
  
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Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
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Etat	
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Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
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  2011	
  
	
  
	
  
21	
  
Les	
  10	
  principaux	
  auteurs	
  français	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  relatives	
  au	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  
pendant	
  la	
  période	
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JM	
  
Univ	
  Picardie	
  Jules	
  Verne,	
  CNRS	
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  6007,	
  LRCS,	
  F-­‐80039	
  Amiens,	
  
France	
  /	
  Univ	
  Picardie,	
  Lab	
  React	
  &	
  Chim	
  Solides,	
  CNRS,	
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  6007,	
  
F-­‐80039	
  Amiens,	
  France	
  
33	
  
2	
   JULIEN,	
  CM	
  
Univ	
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  06,	
  IMPMC,	
  F-­‐75015	
  Paris,	
  France	
  /	
  Inst	
  Rech	
  Hydro	
  
Quebec,	
  Varennes,	
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  1S1	
  Canada	
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  CNRS,	
  Dept	
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Paris,	
  France	
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Poland	
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  Univ	
  Michigan,	
  Dept	
  Geol	
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  MI	
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  Dept	
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  Canada	
  /Phostech	
  
Lithium,	
  Boucherville,	
  PQ	
  J4B	
  7K4	
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   MAUGER,	
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Univ	
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  France	
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Quebec,	
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  Dept	
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Paris,	
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Poland	
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  Dept	
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  Nanosci	
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  Surface	
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Ann	
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  78712	
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Montreal,	
  Dept	
  Chim,	
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  Canada	
  /Phostech	
  
Lithium,	
  Boucherville,	
  PQ	
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   GENDRON,	
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Univ	
  Paris	
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  France	
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Quebec,	
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  Canada	
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Paris,	
  France	
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  Univ	
  Technol,	
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  Phys,	
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  Warsaw,	
  
Poland	
  /	
  Univ	
  Michigan,	
  Dept	
  Geol	
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  Nanosci	
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Ann	
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  48109	
  USA	
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Montreal,	
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  Canada	
  /Phostech	
  
Lithium,	
  Boucherville,	
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  J4B	
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   ZAGHIB,	
  K	
  
Univ	
  Paris	
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  France	
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Quebec,	
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Paris,	
  France	
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  Montreal,	
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Boucherville,	
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MASQUELIER,	
  
C	
  
Univ	
  Picardie	
  Jules	
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  CNRS	
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  F-­‐80039	
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  Amiens,	
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  B-­‐2250	
  Olen,	
  
Belgium	
  
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   DELACOURT,	
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Univ	
  Picardie	
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  CNRS	
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  F-­‐80039	
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  Solides,	
  CNRS,	
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8	
   LE	
  CRAS,	
  F	
  
CEA,	
  LITEN,	
  F-­‐38054	
  Grenoble,	
  France	
  /	
  Univ	
  Bordeaux,	
  ICMCB	
  
CNRS,	
  IPB	
  ENSCBP,	
  F-­‐33608	
  Pessac,	
  France	
  /	
  Univ	
  Bordeaux	
  1,	
  CNRS,	
  
ICMCB,	
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  Pessac,	
  France	
  	
  
14	
  
	
   	
   	
   	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
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  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
22	
  
	
  
9	
   ARMAND,	
  M	
  
Univ	
  Picardie	
  Jules	
  Verne,	
  CNRS	
  UMR	
  6007,	
  LRCS,	
  F-­‐80039	
  Amiens,	
  
France	
  	
  
13	
  
10	
  
CROGUENNEC,	
  
L	
  
	
  Univ	
  Bordeaux,	
  ICMCB	
  CNRS,	
  IPB	
  ENSCBP,	
  F-­‐33608	
  Pessac,	
  France	
  /	
  
CEA,	
  LITEN,	
  F-­‐38054	
  Grenoble,	
  France	
  	
  
11	
  
	
   	
   	
   	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
Les	
  brevets	
  dans	
  le	
  domaine	
  du	
  LiFePO	
  
Le	
  transfert	
  de	
  la	
  connaissance	
  scientifique	
  correspondant	
  à	
  l’article	
  fondateur	
  de	
  John	
  Goodenough	
  
vers	
  l’univers	
  de	
  la	
  technologie	
  peut	
  être	
  schématisé	
  autour	
  de	
  deux	
  groupes	
  de	
  brevets.	
  Le	
  premier,	
  qui	
  
protège	
  l’invention	
  dérivée	
  de	
  cet	
  article	
  de	
  John	
  Goodenough,	
  englobe	
  notamment	
  le	
  brevet	
  «	
  Cathode	
  
Materials	
  For	
  Secondary	
  (Rechargeable)	
  Lithium	
  Batteries	
  »	
  déposé	
  par	
  l’université	
  du	
  Texas	
  le	
  23	
  avril	
  
1996.	
  Le	
  second	
  groupe	
  de	
  brevets	
  concerne	
  un	
  complément	
  de	
  cette	
  première	
  invention	
  pionnière,	
  
dans	
   le	
   sens	
   où	
   la	
   nouveauté	
   protégée	
   rend	
   opératoire	
   cette	
   percée	
   scientifique,	
   notamment	
   une	
  
méthode,	
  développée	
  notamment	
  par	
  le	
  chercheur	
  français	
  Michel	
  Armand,	
  qui	
  permet	
  d’enrober	
  les	
  
grains	
   de	
   LiFePO	
   d’une	
   fine	
   couche	
   de	
   carbone.	
   Cette	
   invention	
   (New	
   electrode	
   materials	
   with	
   high	
  
surface	
  conductivity),	
  qui	
  efface	
  les	
  limitations	
  liées	
  à	
  la	
  faible	
  conductivité	
  électronique	
  du	
  matériau,	
  a	
  
fait	
   l’objet	
   du	
   dépôt	
   le	
   30	
   avril	
   1999	
   d’une	
   large	
   famille	
   de	
   brevets,	
   qui	
   comptent	
   Hydro	
   Québec,	
  
l’Université	
  de	
  Montréal	
  et	
  le	
  CNRS	
  parmi	
  les	
  déposants.	
  Ces	
  brevets,	
  dont	
  la	
  licence	
  d’exploitation	
  a	
  été	
  
cédée	
  à	
  la	
  société	
  canadienne	
  Phostech	
  (détenue	
  à	
  100%	
  par	
  l’Allemand	
  Süd	
  Chemie	
  depuis	
  2008)	
  sont	
  
considérés	
  comme	
  centraux	
  pour	
  le	
  développement	
  de	
  la	
  filière.	
  	
  
Le	
   nombre	
   de	
   brevets	
   déposés	
   dans	
   le	
   domaine	
   du	
   LiFePO	
   reste	
   peu	
   élevé	
   jusqu’en	
   2006	
  ;	
   l’office	
  
japonais	
  des	
  brevets	
  apparaissant	
  alors	
  à	
  la	
  première	
  place	
  dans	
  le	
  classement	
  mondial	
  des	
  dépôts	
  en	
  la	
  
matière.	
  A	
  partir	
  de	
  2007,	
  le	
  nombre	
  de	
  brevets	
  déposés	
  autour	
  de	
  cette	
  technologie	
  enregistre	
  une	
  
progression	
  spectaculaire,	
  à	
  la	
  faveur	
  du	
  développement	
  des	
  dépôts	
  effectués	
  en	
  Chine.	
  En	
  2010,	
  près	
  
de	
  80%	
  des	
  brevets	
  dans	
  ce	
  domaine	
  sont	
  déposés	
  auprès	
  de	
  Sipo,	
  l’office	
  chinois	
  de	
  brevets.	
  
Demandes	
  de	
  brevets	
  LiFePO	
  par	
  offices	
  de	
  dépôt	
  en	
  nombre	
  absolu	
  
	
  	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
23	
  
Demandes	
  de	
  brevets	
  LiFePO4	
  par	
  offices	
  de	
  dépôt	
  en	
  pourcentage	
  
	
  	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
La	
  Chine	
  et	
  le	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  
La	
   part	
   conquise	
   par	
   la	
   Chine	
   au	
   cours	
   des	
   dernières	
   années,	
   tant	
   en	
   matière	
   de	
   publications	
  
scientifiques	
   que	
   de	
   brevets,	
   reflète	
   une	
   stratégie	
   univoque	
   de	
   ce	
   pays	
   pour	
   ce	
   qui	
   concerne	
   les	
  
batteries	
  pour	
  véhicules	
  électriques.	
  Le	
  géant	
  asiatique	
  a	
  misé	
  sur	
  la	
  filière	
  LiFePO.	
  Un	
  choix	
  que	
  suffirait	
  
à	
   justifier	
   les	
   avantages	
   (futurs)	
   de	
   cette	
   option	
   en	
   matière	
   de	
   coût	
   qui	
   la	
   rendent	
   particulièrement	
  
adaptée	
  au	
  marché	
  local.	
  Le	
  choix	
  du	
  champion	
  national	
  BYD	
  (Build	
  Your	
  Dreams)	
  dans	
  ce	
  secteur	
  (voir	
  
partie	
  suivante)	
  est	
  un	
  autre	
  marqueur	
  de	
  cette	
  orientation	
  stratégique.	
  
Les	
  10	
  principaux	
  auteurs	
  chinois	
  de	
  publications	
  scientifiques	
  relatives	
  au	
  Phosphate	
  de	
  Fer	
  
pendant	
  la	
  période	
  2000-­2010	
  -­‐	
  (liste	
  des	
  25	
  en	
  annexe)	
  
Rang	
   Auteurs	
  
Nbre	
  de	
  
publications	
  	
  
Institution(s)	
  des	
  signataires	
  	
  
1	
  
WANG,	
  
ZX	
  
41	
  
Cent	
  S	
  Univ,	
  Sch	
  Met	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Changsha	
  410083,	
  Hunan	
  Peoples	
  R	
  
China	
  /	
  Chinese	
  Acad	
  Sci,	
  Beijing	
  Natl	
  Lab	
  Condensed	
  Matter	
  Phys,	
  Inst	
  
Phys,	
  Beijing	
  100190,	
  Peoples	
  R	
  China/	
  Jiangxi	
  Univ	
  Sci	
  &	
  Technol,	
  Sch	
  
Mat	
  &	
  Chem	
  Engn,	
  Ganzhou	
  341000,	
  Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Guilin	
  Univ	
  
Technol,	
  Dept	
  Mat	
  &	
  Chem,	
  Guilin	
  541004,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
2	
   GUO,	
  HJ	
   26	
  
Cent	
  S	
  Univ,	
  Sch	
  Met	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Changsha	
  410083,	
  Hunan	
  Peoples	
  R	
  
China	
  /	
  Jiangxi	
  Univ	
  Sci	
  &	
  Technol,	
  Sch	
  Mat	
  &	
  Chem	
  Engn,	
  Ganzhou	
  
341000,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
3	
   LI,	
  XH	
   26	
  
Cent	
  S	
  Univ,	
  Sch	
  Met	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Changsha	
  410083,	
  Hunan	
  Peoples	
  R	
  
China	
  /	
  Jiangxi	
  Univ	
  Sci	
  &	
  Technol,	
  Sch	
  Mat	
  &	
  Chem	
  Engn,	
  Ganzhou	
  
341000,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
4	
  
HUANG,	
  
XJ	
  
23	
  
Chinese	
  Acad	
  Sci,	
  Beijing	
  Natl	
  Lab	
  Condensed	
  Matter,	
  Inst	
  Phys,	
  Beijing	
  
100190,	
  Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Jiangxi	
  Normal	
  Univ,	
  Dept	
  Phys,	
  Nanchang	
  
330027,	
  Peoples	
  R	
  China	
  	
  
5	
  
TANG,	
  
ZL	
  
19	
  
Tsing	
  Hua	
  Univ,	
  Dept	
  Mat	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  State	
  Key	
  Lab	
  New	
  Ceram	
  &	
  Fine	
  
Proc,	
  Beijing	
  100084,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
24	
  
	
  
6	
  
ZHANG,	
  
ZT	
  
19	
  
Tsing	
  Hua	
  Univ,	
  Dept	
  Mat	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  State	
  Key	
  Lab	
  New	
  Ceram	
  &	
  Fine	
  
Proc,	
  Beijing	
  100084,	
  Peoples	
  R	
  China	
  
7	
  
WANG,	
  
L	
  
18	
  
Hebei	
  Univ	
  Technol,	
  Inst	
  Power	
  Source	
  &	
  Ecomat	
  Sci,	
  Tianjin	
  300130,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Shanghai	
  Jiao	
  Tong	
  Univ,	
  Dept	
  Chem	
  Engn,	
  Shanghai	
  
200240,	
  Peoples	
  R	
  China	
  /	
  MIT,	
  Dept	
  Mat	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Cambridge,	
  MA	
  
02139	
  USA	
  
8	
  
CHEN,	
  
LQ	
  
16	
  
Chinese	
  Acad	
  Sci,	
  Inst	
  Phys,	
  Renewable	
  Energy	
  Lab,	
  Beijing	
  100190,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Jiangxi	
  Normal	
  Univ,	
  Dept	
  Phys,	
  Nanchang	
  330027,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  
9	
   LI,	
  H	
   15	
  
Chinese	
  Acad	
  Sci,	
  Inst	
  Phys,	
  Renewable	
  Energy	
  Lab,	
  Beijing	
  100190,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Jiangxi	
  Normal	
  Univ,	
  Dept	
  Phys,	
  Nanchang	
  330027,	
  
Peoples	
  R	
  China	
  /	
  Brookhaven	
  Natl	
  Lab,	
  Dept	
  Chem,	
  Upton,	
  NY	
  11973	
  
USA	
  	
  
10	
   WU,	
  L	
   15	
  
Cent	
  S	
  Univ,	
  Sch	
  Met	
  Sci	
  &	
  Engn,	
  Changsha	
  410083,	
  Hunan	
  Peoples	
  R	
  
China	
  /	
  Jiangxi	
  Univ	
  Sci	
  &	
  Technol,	
  Sch	
  Mat	
  &	
  Chem	
  Engn,	
  Ganzhou	
  
341000,	
  Peoples	
  R	
  China	
  	
  
	
   	
   	
   	
  
Source	
  :	
  Web	
  of	
  Science.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
La	
  Chine	
  a	
  également	
  engagé	
  un	
  vaste	
  programme	
  de	
  développement	
  technologique	
  dans	
  le	
  domaine	
  
du	
  LiFePO,	
  comme	
  en	
  témoigne	
  le	
  nombre	
  de	
  demandes	
  de	
  brevets	
  déposées	
  auprès	
  de	
  l’office	
  national	
  
de	
  propriété	
  intellectuelle	
  (SIPO)	
  par	
  les	
  principales	
  institutions	
  de	
  recherche	
  du	
  pays.	
  	
  
Les	
  10	
  premiers	
  déposants	
  LiFePO	
  auprès	
  de	
  SIPO	
  au	
  cours	
  de	
  la	
  période	
  2000-­2010	
  (liste	
  des	
  
25	
  en	
  annexe)	
  
Rang	
  
Statut	
  du	
  
déposant	
  
Nom	
  du	
  Déposant	
  
Nombre	
  de	
  dépôts	
  de	
  brevets	
  
Phosphate	
  de	
  Fer	
  
1	
   Entreprise	
   BYD	
  CO	
  LTD	
  	
   29	
  
2	
   Université	
   UNIV	
  TSINGHUA	
  	
   19	
  
3	
   Université	
   UNIV	
  CENTRAL	
  SOUTH	
  	
   18	
  
4	
   Entreprise	
   SHENZHEN	
  BAK	
  BATTERY	
  C...	
   13	
  
5	
   Université	
   UNIV	
  FUJIAN	
  	
   9	
  
6	
   Entreprise	
   IRICO	
  GROUP	
  CORP	
  	
   8	
  
7	
   Entreprise	
   SHANDONG	
  HAIBA	
  COMM	
  EQ...	
   8	
  
8	
   Entreprise	
   HENGDIAN	
  GROUP	
  DMEGC	
  J...	
   6	
  
9	
   Université	
   UNIV	
  SHANGHAI	
  JIAOTONG...	
   6	
  
10	
   Université	
   UNIV	
  NORTHEAST	
  NORMAL...	
   5	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
 
	
   	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
25	
  
	
  
Source	
  :	
  Matheo	
  Patent	
  et	
  Espacenet.	
  Traitement	
  :	
  Miste	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
26	
  
Ce	
   pari	
   stratégique	
   de	
   la	
   Chine	
   sur	
   la	
   filière	
   LiFePO	
   soulève	
   une	
   série	
   d’interrogations	
   relatives	
   à	
   la	
  
propriété	
   intellectuelle.	
   Ce	
   géant	
   industriel	
   parviendra-­‐t-­‐il	
   à	
   développer	
   une	
   industrie	
   de	
   façon	
  
autonome	
  ?	
   Ou	
   reconnaitra-­‐t-­‐il	
   le	
   caractère	
   bloquant	
   des	
   brevets	
   fondateurs	
   déposés	
   par	
   Hydro	
  
Québec,	
  l’université	
  de	
  Montréal	
  et	
  le	
  CNRS	
  ?	
  Au	
  début	
  du	
  printemps	
  2011,	
  il	
  est	
  encore	
  trop	
  tôt	
  pour	
  
apporter	
  une	
  réponse	
  univoque	
  à	
  cette	
  interrogation.	
  
L’examen	
  des	
  nombreuses	
  pièces	
  de	
  ce	
  dossier,	
  à	
  la	
  fois	
  complexe	
  et	
  potentiellement	
  explosif,	
  permet	
  
tout	
  au	
  plus	
  de	
  formuler	
  des	
  analyses	
  conditionnées	
  par	
  des	
  hypothèses.	
  
Il	
   est	
   tout	
   d’abord	
   possible	
   de	
   relever	
   que	
   la	
   Chine	
   a	
   introduit	
   une	
   demande	
   d’invalidation	
   sur	
   son	
  
territoire	
   de	
   l’extension	
   dans	
   ce	
   pays	
   des	
   brevets	
   de	
   Michel	
   Armand,	
   précisément	
   ceux	
   relatifs	
   à	
   la	
  
méthode	
  du	
  «	
  carbon	
  coating	
  »	
  -­‐	
  protégée	
  notamment	
  par	
  la	
  demande	
  internationale	
  de	
  brevet	
  PCT	
  
WO0227824	
  (Synthesis	
  method	
  for	
  carbon	
  material	
  based	
  on	
  LIXM1-­‐YM'(XO4)N).	
  Ce	
  contentieux	
  peut	
  
être	
  interprété	
  de	
  2	
  façons	
  complémentaires.	
  Il	
  marque,	
  d’une	
  part,	
  une	
  reconnaissance	
  de	
  l’importance	
  
de	
  ces	
  titres	
  de	
  propriété	
  industrielle	
  :	
  seuls	
  les	
  brevets	
  importants	
  (ou	
  les	
  copies	
  manifestes)	
  font	
  en	
  
effet	
   l’objet	
   de	
   procédures	
   en	
   opposition.	
   Mais	
   ce	
   contentieux,	
   selon	
   un	
   scénario	
   développé	
   par	
   de	
  
nombreux	
  experts,	
  peut,	
  d’autre	
  part,	
  être	
  interprété	
  comme	
  le	
  signe	
  d’une	
  «	
  guerre	
  des	
  brevets	
  »	
  à	
  
venir	
   dans	
   lequel	
   ce	
   pays	
   aurait	
   choisi	
   de	
   s’engager	
   pour	
   s’assurer	
   l’utilisation	
   de	
   technologies	
   clés	
  
contrôlées	
  par	
  des	
  acteurs	
  industriels	
  occidentaux.	
  	
  
Cette	
   hypothèse	
   d’une	
   «	
  guerre	
   des	
   brevets	
  »	
   n’est	
   toutefois	
   pas	
   avérée.	
   Car	
   si	
   un	
   tel	
   affrontement	
  
pourrait	
  certes	
  -­‐	
  éventuellement	
  -­‐	
  permettre	
  à	
  la	
  Chine	
  de	
  proposer	
  sur	
  son	
  marché	
  domestique	
  des	
  
véhicules	
   électriques	
   équipés	
   de	
   batteries	
   lithium	
   ion	
   au	
   LiFePO	
   qui	
   empiéteraient	
   sur	
   les	
   droits	
   de	
  
propriété	
   intellectuelle	
   reconnus	
   dans	
   les	
   autres	
   pays,	
   une	
   telle	
   option	
   lui	
   barrerait	
   certainement	
   la	
  
possibilité	
  de	
  fournir	
  aux	
  constructeurs	
  occidentaux	
  de	
  tels	
  équipements	
  litigieux.	
  Il	
  est	
  en	
  effet	
  fort	
  
improbable	
  qu’un	
  constructeur	
  automobile	
  européen	
  ou	
  américain	
  commercialise	
  un	
  véhicule	
  intégrant	
  
un	
  équipement	
  litigieux	
  susceptible	
  de	
  lui	
  attirer	
  un	
  procès	
  en	
  contrefaçon.	
  
L’autre	
  branche	
  de	
  l’alternative	
  consisterait	
  donc	
  pour	
  la	
  Chine	
  à	
  reconnaître	
  le	
  caractère	
  bloquant	
  des	
  
brevets	
  de	
  Michel	
  Armand	
  et	
  de	
  négocier	
  en	
  conséquence	
  une	
  cession	
  de	
  licences.	
  
Le	
  dénouement	
  de	
  ce	
  dossier	
  sera	
  riche	
  d’enseignements.	
  Il	
  peut	
  soit	
  signer	
  l’instauration	
  d’un	
  régime	
  
conflictuel	
  entre	
  l’Occident	
  et	
  la	
  Chine	
  sur	
  le	
  terrain	
  technologique.	
  Ou	
  il	
  peut	
  annoncer	
  une	
  insertion	
  de	
  
la	
  Chine	
  dans	
  le	
  concert	
  des	
  nations	
  en	
  matière	
  de	
  propriété	
  intellectuelle.	
  Cette	
  dernière	
  perspective	
  a	
  
évidemment	
  la	
  faveur	
  des	
  détenteurs	
  des	
  droits	
  d’exploitations	
  de	
  ces	
  brevets,	
  du	
  fait	
  des	
  royalties	
  liés	
  
à	
  une	
  cession	
  de	
  droits	
  d’exploitation.	
  Un	
  tel	
  dénouement	
  négocié	
  représenterait	
  une	
  issue	
  heureuse	
  
pour	
   les	
   institutions	
   de	
   recherche	
   publique	
   -­‐	
   dont	
   le	
   CNRS	
   -­‐	
   qui	
   ont	
   contribué	
   à	
   cette	
   percée	
  
technologique.	
  	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
27	
  
	
  
Partie	
  2	
  :	
  Les	
  acteurs	
  industriels	
  	
  
Introduction	
  
De	
   nombreux	
   États	
   affichent	
   des	
   objectifs	
   ambitieux	
   en	
   matière	
   de	
   développement	
   du	
   véhicule	
  
électrique.	
  Ainsi,	
  la	
  France	
  s’est	
  fixé	
  un	
  objectif	
  de	
  2	
  millions	
  de	
  véhicules	
  hybrides	
  et	
  électriques	
  en	
  
circulation	
  en	
  2020	
  et	
  la	
  Chine	
  un	
  objectif	
  de	
  4	
  millions	
  de	
  véhicules	
  «	
  nouvelles	
  énergie	
  »	
  par	
  an	
  d’ici	
  
cette	
   même	
   date.	
   Ces	
   objectifs	
   s’accompagnent	
   d’investissements	
   massifs	
   dans	
   la	
   filière	
   à	
   travers	
   le	
  
financement	
   de	
   recherches,	
   des	
   incitations	
   fiscales	
   à	
   l’achat	
   de	
   véhicules	
   propres	
   ou	
   des	
  
investissements	
   dans	
   les	
   infrastructures	
   liées	
   (recharges,	
   smart	
   grid…).	
   Toutefois,	
   bien	
   que	
   les	
  
investissements	
   étatiques	
   soient	
   indispensables	
   au	
   développement	
   des	
   véhicules	
   électriques,	
   les	
  
constructeurs	
  semblent	
  souvent	
  beaucoup	
  plus	
  mesurés	
  dans	
  leurs	
  objectifs.	
  
Un	
  double	
  constat	
  est	
  largement	
  partagé.	
  D’une	
  part,	
  la	
  filière	
  est	
  encore	
  en	
  phase	
  de	
  construction.	
  
D’autre	
   part,	
   le	
   marché	
   des	
   véhicules	
   électriques	
   représentera	
   dans	
   les	
   prochaines	
   années	
   une	
   part	
  
significative	
  du	
  marché	
  de	
  l’automobile,	
  et	
  donc	
  un	
  volume	
  de	
  ventes	
  conséquent	
  qui	
  ne	
  laisse	
  personne	
  
indifférent.	
  
Cette	
  partie,	
  présente	
  d’abord	
  une	
  vue	
  globale	
  de	
  la	
  filière	
  véhicule	
  électrique	
  (section	
  1).	
  Elle	
  effectue	
  
ensuite	
   un	
   focus	
   sur	
   les	
   acteurs	
   principaux	
   du	
   marché,	
   tant	
   du	
   côté	
   constructeurs	
   automobiles,	
   que	
  
fournisseurs	
  de	
  batteries	
  (section	
  2).	
  Puis	
  elle	
  détaille	
  la	
  chaine	
  de	
  valeur	
  de	
  deux	
  acteurs	
  importants	
  du	
  
secteur	
  (section	
  3).	
  
Vue	
  d’ensemble	
  de	
  la	
  filière	
  des	
  véhicules	
  électriques	
  
La	
  fin	
  de	
  la	
  décennie	
  2010	
  peut	
  être	
  considérée	
  comme	
  un	
  tournant	
  dans	
  le	
  développement	
  du	
  marché	
  
des	
  véhicules	
  électriques.	
  Après	
  des	
  années	
  de	
  balbutiement,	
  la	
  floraison	
  d’initiatives	
  lancées	
  par	
  les	
  
constructeurs	
  automobiles	
  et	
  les	
  acteurs	
  du	
  monde	
  du	
  transport	
  routier,	
  comme	
  la	
  multiplication	
  des	
  
modèles	
  proposés	
  à	
  la	
  vente	
  ou	
  annoncés	
  dans	
  un	
  futur,	
  marquent	
  le	
  début	
  d’une	
  cristallisation	
  de	
  ce	
  
marché.	
  Les	
  volumes	
  concernés	
  n’ont	
  certes	
  encore	
  rien	
  à	
  voir	
  avec	
  ceux	
  des	
  véhicules	
  classiques,	
  c’est-­‐
à-­‐dire	
  à	
  moteur	
  thermique.	
  Mais	
  les	
  perspectives	
  de	
  ce	
  marché	
  suscitent	
  déjà	
  de	
  solides	
  ambitions.	
  
Une	
  carte	
  stratégique	
  globale	
  du	
  secteur	
  
Le	
  choix	
  méthodologique	
  retenu	
  dans	
  cette	
  étude	
  a	
  consisté	
  à	
  représenter	
  la	
  filière	
  sous	
  la	
  forme	
  d’un	
  
graphe.	
  Ce	
  réseau	
  d’acteurs	
  a	
  été	
  établi	
  à	
  partir	
  de	
  l’analyse	
  des	
  modèles	
  de	
  véhicules	
  électriques	
  de	
  
toute	
  nature	
  (EV11
,	
  HEV12
,	
  PHEV13
)	
  qui	
  sont	
  commercialisés	
  en	
  2011	
  ou	
  annoncés	
  à	
  la	
  vente	
  avant	
  2014.	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
11
	
  EV	
  :	
  «	
  Electric	
  Vehicle	
  »	
  est	
  un	
  véhicule	
  propulsé	
  à	
  100%	
  par	
  un	
  ou	
  plusieurs	
  moteurs	
  électriques.	
  
12
	
  HEV	
  :	
  «	
  Hybrid	
  Electric	
  Vehicle	
  »	
  est	
  un	
  véhicule	
  propulsé	
  à	
  la	
  fois	
  par	
  un	
  moteur	
  à	
  combustion	
  et	
  un	
  moteur	
  électrique	
  qui	
  
fonctionnent	
   en	
   tandem	
   dans	
   le	
   but	
   de	
   diminuer	
   la	
   consommation	
   de	
   carburant.	
   Les	
   batteries	
   se	
   recharges	
   de	
   façon	
  
autonome.	
  
13
	
   PHEV	
  :	
   «	
  Plug-­‐in	
   Hybrid	
   Electric	
   Vehicle	
  ».	
   C’est	
   un	
   véhicule	
   hybride	
   dont	
   les	
   batteries	
   peuvent	
   être	
   chargées	
   par	
  
branchement	
  à	
  une	
  source	
  d´énergie	
  extérieure.	
  
  	
  
	
  
	
  
Structuration	
  filière	
  batteries	
  lithium	
  ion	
  automobile	
  
Etat	
  de	
  l’art	
  en	
  avril	
  2011	
  
	
  
	
  
28	
  
Dans	
  la	
  carte	
  stratégique	
  ainsi	
  dressée,	
  les	
  nœuds	
  représentent	
  des	
  acteurs	
  et	
  les	
  liens	
  représentent	
  les	
  
relations	
  nouées	
  entre	
  ces	
  acteurs.	
  La	
  taille	
  des	
  nœuds	
  et	
  des	
  liens	
  reflète	
  le	
  nombre	
  de	
  véhicules	
  ou	
  de	
  
batteries	
  concernés.	
  
Six	
  catégories	
  d’acteurs	
  ont	
  été	
  distinguées14
	
  :	
  
• les	
  OEM	
  (constructeurs	
  automobiles)	
  ;	
  
• les	
  Cell	
  Suppliers	
  (fabricants	
  de	
  batteries)	
  ;	
  
• les	
  Pack	
  Suppliers	
  (assembleurs	
  de	
  batteries)	
  ;	
  
• les	
  équipementiers	
  automobiles	
  de	
  premier	
  rang	
  concernés	
  par	
  les	
  véhicules	
  électriques	
  ;	
  
• les	
  opérateurs	
  lithium	
  ;	
  
• d’autres	
  acteurs	
  industriels	
  qui	
  interviennent	
  dans	
  cette	
  filière.	
  
Quatre	
  catégories	
  de	
  liens	
  ont	
  été	
  distinguées	
  :	
  
• les	
  ventes	
  ;	
  
• les	
  liens	
  capitalistiques	
  ;	
  
• les	
  partenariats	
  de	
  R&D	
  ;	
  
• les	
  liens	
  internes	
  unissant	
  différentes	
  entités	
  d’un	
  même	
  groupe.	
  	
  
La	
  première	
  carte	
  stratégique	
  présentée	
  regroupe	
  l’ensemble	
  des	
  acteurs	
  qui	
  ont	
  été	
  identifiés	
  et	
  qui	
  ne	
  
sont	
  pas	
  isolés,	
  c’est-­‐à-­‐dire	
  qui	
  ont	
  noué	
  au	
  moins	
  une	
  relation	
  avec	
  un	
  autre	
  acteur	
  de	
  la	
  filière.	
  Restent	
  
après	
  ce	
  filtrage,	
  162	
  acteurs	
  dont	
  la	
  ventilation	
  est	
  présentée	
  dans	
  le	
  tableau	
  ci-­‐dessous.	
  	
  
Répartition	
  des	
  acteurs	
  par	
  type	
  d’activité	
  
Total	
   Autre	
  
industrie	
  
Cell	
  Supplier	
   Equipementier	
  
Auto	
  
OEM	
   Operateur	
  
lithium	
  
Pack	
  
Supplier	
  
162	
   7	
   46	
   7	
   76	
   2	
   28	
  
Ces	
  acteurs	
  sont	
  liés	
  par	
  un	
  total	
  de	
  162	
  relations dont	
  la	
  ventilation	
  est	
  présentée	
  dans	
  le	
  tableau	
  ci-­‐
dessous.	
  	
  
Répartition	
  par	
  type	
  de	
  lien	
  
Total	
   Interne	
   Lien	
  Capitalistique	
   R&D	
   Vente	
  
162	
   7	
   49	
   13	
   120	
  
Il	
   faut	
   noter	
   que	
   le	
   même	
   nom	
   d’acteur	
   peut	
   être	
   attribué	
   à	
   des	
   nœuds	
   distincts.	
   Cette	
   répétition	
  
s’explique	
  par	
  le	
  fait	
  que	
  l’acteur	
  concerné	
  appartient	
  à	
  plusieurs	
  catégories.	
  Ainsi	
  A123	
  est	
  à	
  la	
  fois	
  Cell	
  
Supplier	
   et	
   Pack	
   Supplier.	
   De	
   même,	
   Renault	
   apparaît	
   comme	
   OEM	
   et	
   comme	
   Pack	
   Supplier.
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
14
	
  Les	
  États	
  qui	
  sont	
  très	
  présents	
  par	
  le	
  biais	
  des	
  soutiens	
  qu’ils	
  apportent	
  à	
  leurs	
  «	
  champions	
  nationaux»	
  n’ont	
  pas	
  été	
  
englobés	
  dans	
  l’analyse	
  dans	
  la	
  mesure	
  où	
  celle	
  ci	
  se	
  focalise	
  sur	
  la	
  dimension	
  industrielle	
  de	
  la	
  filière.	
  
la filière des batteries lithium ion dans l'industrie automobile
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la filière des batteries lithium ion dans l'industrie automobile

  • 1.             LA FILIERE DES BATTERIES LITHIUM ION DANS L’INDUSTRIE AUTOMOBILE ETAT DE L’ART - AVRIL 2011 ETUDE REALISEE PAR LES AUDITEURS DU MASTERE SPECIALISE « INTELLIGENCE SCIENTIFIQUE, TECHNIQUE ET ECONOMIQUE » (MISTE) D’ESIEE PARIS www.miste.fr Coordination : Antoine SCHOEN, responsable pédagogique du Miste AJIRENT Jully, BELESCOT Max-Hubert, CHEMIN Ann-Kristin, DEKEYSER Chantal, JAVAY Olivier, LEPERCQ Alexandra, MABIALA-BAMBI Ludh-Cyrck, PANIEZ Marie, RUBINO–DHERBECOURT Timothée, ZENON Jean-Pierre
  • 2.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011     La  filière  des  batteries  lithium  ion   dans  l’industrie  automobile   État  de  l’art  -­‐  avril  2011     Étude   réalisée   par   les   auditeurs   du   Mastère   Spécialisé   «  Intelligence   scientifique,   technique   et   économique  »  (Miste)  d’ESIEE  Paris   www.miste.fr   Coordination  :  Antoine  SCHOEN,  responsable  pédagogique  du  Miste   AJIRENT   Jully,   BELESCOT   Max-­‐Hubert,   CHEMIN   Ann-­‐Kristin,   DEKEYSER   Chantal,   JAVAY   Olivier,   LEPERCQ   Alexandra,   MABIALA-­‐BAMBI   Ludh-­‐Cyrck,   PANIEZ   Marie,   RUBINO– DHERBECOURT  Timothée,  ZENON  Jean-­‐Pierre     Remerciements     Le   Miste   tient   à   exprimer   ses   chaleureux   remerciements  à   Bernadette   Casterot,   Christophe  Garnier,  Serge  Matynia  de  Renault  pour  les  commentaires  qu’ils  ont  pu  faire   sur  ce  travail  ainsi  qu’à  René  Obam  Nlong,  Lionel  Villard  et  Leila  Zadi  d’ESIEE  Paris  pour   l’aide   qu’ils   ont   apportée   à   l’équipe   de   projet   tout   au   long   de   la   réalisation   de   cette   étude.     Les  éventuelles  erreurs  et  les  points  de  vue  contenus  dans  ce  rapport  n’engagent  que  les   auteurs.   Les   analyses   développées   dans   cette   étude   ne   sauraient   engager   la   responsabilité  d’ESIEE  Paris  ni  celle  de  la  CCIP.    
  • 3.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       2   Résumé   L’analyse  de  la  filière  des  batteries  lithium  ion  pour  véhicules  électriques  qui  est  développée  dans  ce   rapport  présente  un  triple  intérêt  :  industriel,  technologique  et  stratégique.     Cette   analyse   est   tout   d’abord   intéressante   industriellement,   dans   la   mesure   où   les   batteries   représentent  un  coût  significatif  des  véhicules  électriques,  qui  devraient  eux-­‐mêmes  constituer  à  moyen   terme   un   segment   important   du   marché   automobile.   La   batterie   n’est   pas   uniquement   un   bon   marqueur  de  la  croissance  de  cette  niche  du  marché  automobile.  C’est  aussi  un  axe  autour  duquel  celui-­‐ ci  structurera  son  développement.  Le  marché  du  véhicule  électrique  n’a  pas  encore  atteint  un  régime  de   croisière  établi.  Les  batteries  joueront  un  rôle  important  dans  son  organisation.  Quel  business  model   prédominera  à  terme  en  matière  de  propriété  de  la  batterie  ?  Quelles  seront  les  modalités  de  recharge   qui  s’imposeront?     L’analyse  de  la  filière  des  batteries  lithium  ion  pour  véhicules  électriques  offre  de  plus  la  possibilité  de   suivre  en  temps  réel  la  cristallisation  d’une  trajectoire  technologique.  Le  futur  de  la  filière  des  batteries   pour   véhicules   électriques   reste   en   effet   très   ouvert.   Un   des   scénarios   considéré   comme   le   plus   probable  :  la  solution  lithium  ion  émerge  comme  un  standard.  Mais  plusieurs  trajectoires  sont  possibles   pour  ce  seul  scénario  du  lithium  ion,  qui  correspondent  à  différentes  options  technologiques  pour  les   couples   cathode   anode:   Manganèse   (Mn),   Nickel-­‐Manganèse-­‐Cobalt   (Ni–Mn   –Co),   Nickel-­‐Cobalt-­‐ Aluminium  (Ni-­‐Co-­‐Al)  et  Phosphate  de  Fer  (LiFePo).  Laquelle  de  ces  options  technologiques  émergera   comme  standard  pour  les  batteries  des  véhicules  électriques  ?  Les  constructeurs  automobiles  suivent   avec   beaucoup   d’attention   la   structuration   technologique   de   cette   filière.   Leur   préoccupation   est   d’identifier  le  plus  tôt  possible  l’émergence  du  standard  afin  d’être  en  mesure  d’équiper  au  plus  vite   leurs  véhicules  de  la  solution  la  plus  intéressante,  d’un  point  de  vue  du  prix  et  de  la  performance.   Mais  les  constructeurs  automobiles  ne  sont  en  effet  pas  uniquement  des  observateurs  attentifs  de  cette   construction  d’un  dominant  design.  Et  c’est  dans  cette  perspective  que  ce  rapport  présente  un  intérêt   stratégique  :  les  constructeurs  automobiles  sont  des  acteurs  stratégiques  engagés  qui  participent,  aux   cotés  d’autres  types  d’acteurs  industriels,  à  l’organisation  de  ce  champ  en  tentant  d’imposer  l’option   pour  laquelle  ils  ont  opté  comme  le  futur  standard.   Les   constructeurs   automobiles   ont   fait   des   choix   technologiques,   éventuellement   multiples.   Mais   ils   cherchent  à  rester  en  mesure  de  rallier  une  option  différente  de  celle  pour  laquelle  ils  ont  opté,  s’il   advenait  que  leur  choix  initial  n’était  pas  le  bon.  Ce  qui  requiert  de  leur  part  de  maintenir  un  certain   degré   de   ductilité   dans   leurs   outils   de   production,   ou   dans   leurs   circuits   d’approvisionnement   en   batteries,  de  manière  à  pouvoir  opérer,  à  moindre  coût,  et  le  plus  rapidement  possible,  un  éventuel  saut   vers  la  technologie  concurrente  qui  se  serait  imposée   La   première   partie   de   ce   rapport   présente   tout   d’abord   les   caractéristiques   et   enjeux   des   quatre   technologies   de   batteries   lithium   ion   avant   de   se   focaliser   sur   le   Phosphate   de   Fer   en   singularisant   l’ampleur  de  l’engagement  de  la  Chine  sur  ce  sujet.  Le  nombre  de  brevets  déposés  dans  le  domaine  du   phosphate  de  Fer  reste  peu  élevé  jusqu’en  2006.  A  partir  de  cette  date,  le  nombre  de  brevets  déposés   autour  de  cette  technologie  enregistre  une  progression  spectaculaire,  à  la  faveur  du  développement  des   dépôts  effectués  en  Chine.  En  2010,  près  de  80%  des  brevets  dans  ce  domaine  est  déposé  auprès  de  S   ipo,  l’office  chinois  de  brevets.  L’analyse  des  intérêts  stratégiques  en  présence  montre,  qu’au-­‐delà  des   considérations   économiques,   la   bataille   technologique   autour   des   batteries   pose   le   problème   de   la  
  • 4.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       3   propriété  intellectuelle  des  brevets.  Le  choix  de  la  technologie  ne  repose  pas  seulement  sur  des  points   techniques  mais  prend  également  en  compte  des  considérations  politiques.     La   Chine   parviendra-­‐t-­‐elle   à   développer   une   industrie   du   lithium   ion   Phosphate   de   Fer   de   façon   autonome   ?   Ou   reconnaitra-­‐t-­‐elle   le   caractère   bloquant   des   brevets   fondateurs   déposés   par   Hydro   Québec,  l’université  de  Montréal  et  le  CNRS  ?  Au  printemps  2011,  date  de  bouclage  de  cette  étude,  il   est  encore  trop  tôt  pour  apporter  une  réponse  univoque  à  cette  interrogation.  Le  dénouement  de  ce   dossier   sera   riche   d’enseignements.   Il   peut   soit   signer   l’instauration   d’un   régime   conflictuel   entre   l’Occident  et  la  Chine  sur  le  terrain  technologique.  Ou  il  peut  annoncer  l’insertion  de  la  Chine  dans  le   concert  des  nations  en  matière  de  propriété  intellectuelle.  Cette  dernière  perspective  a  évidemment  la   faveur  des  détenteurs  des  droits  d’exploitation  de  ces  brevets,  du  fait  des  royalties  liés  à  une  concession   de   droits   d’exploitation.   Un   tel   dénouement   négocié   représenterait   une   issue   heureuse   pour   les   institutions  de  recherche  publique  -­‐  dont  le  CNRS  -­‐  qui  ont  contribué  à  cette  percée  technologique.     La  seconde  partie  de  ce  rapport  étudie  la  structuration  de  la  filière  industrielle  des  batteries  lithium  ion   pour   véhicules   électriques   à   travers   le   prisme   des   intérêts   des   différents   types   d’acteurs   qui   y   sont   impliqués   (constructeurs   automobiles,   fabricants   de   cellules   de   batteries,   fabricants   de   packs   de   batteries,  opérateurs  d’infrastructures  de  recharge,…)  en  distinguant  les  relations  de  différentes  natures   que   ceux-­‐ci   ont   nouées   entre   eux   (relations   internes,   liens   capitalistiques,   accord   de   R&D,   vente   d’équipement,…).   Cette  analyse  centrée  sur  les  acteurs  industriels  permet  de  caractériser  un  dense  tissu  d’interconnexions   (industrielles  et  financières)  qui  est  analysé  sous  la  forme  d’une  carte  stratégique  conçue  comme  un   graphe   relationnel   dans   lequel   les   nœuds   sont   les   acteurs   de   la   filière   et   les   liens   sont   les   relations   nouées   entre   ces   derniers.   L’analyse   qualitative   et   quantitative   de   ce   graphe   permet   notamment   d’identifier   les   acteurs   centraux   de   cette   filière   :   A123,   Daimler   et   Renault   (voir   carte   sur   la   page   suivante).   Après   avoir   synthétisé   les   positions   des   principaux   acteurs   du   secteur   (constructeurs   automobiles   et   fabricants  de  batteries  cette  seconde  partie  détaille  la  chaine  de  valeur  de  deux  acteurs  importants  dans   l’univers  du  véhicule  électrique:  le  Franco-­‐Japonais  Renault  Nissan  et  le  Chinois  BYD.  Cette  analyse  de  la   filière   permet   également   de   repérer   plusieurs   mutations   susceptibles   de   bouleverser   le   secteur   de   l’industrie  automobile.   Les  technologies  liées  aux  batteries  et  aux  moteurs  électriques  ont  en  premier  lieu  déjà  permis  à  de   nouveaux   entrants   -­‐   essentiellement   asiatiques   et   américains   -­‐   de   faire   irruption   dans   une   industrie   mature  plus  que  centenaire,  dont  le  périmètre  semblait  pourtant  bien  établi.   L’organisation   de   la   filière   fait   de   plus   apparaître   une   spécialisation   géographique   marquée   :   les   batteries  devraient,  pour  l’essentiel,  être  produites  en  Asie,  alors  que  les  véhicules  qu’elles  équiperont   semblent  être  principalement  destinés  aux  marchés  occidentaux.   Enfin,   l’ambition   manifestée   par   plusieurs   constructeurs   de   maîtriser   l’intégralité   de   la   chaîne   de   production   -­‐   selon   une   logique   d’internalisation   quelque   peu   orthogonale   à   la   tendance   industrielle   contemporaine  d’externalisation  des  opérations  -­‐  pourrait  se  traduire  par  une  simplification  du  paysage   par  une  concentration  des  acteurs  entrainant  une  disparition  de  certains  d’entre  eux.  
  • 5.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011     Carte  stratégique  de  la  filière  industrielle  des  batteries  lithium  ion  pour  véhicules  électriques,  focalisée  sur  les  constructeurs  automobiles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
  • 6.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011     Sommaire   Introduction................................................................................................................................ 6   Partie  1  :  Etat  de  l’art  des  technologies  lithium  ion ..................................................................... 8   Caractéristiques  et  enjeux  des  technologies  associées  aux  batteries  lithium  ion....................................8   Les  caractéristiques  des  véhicules  électriques .....................................................................................8   Les  principes  de  fonctionnement  d’un  accumulateur  électrique .........................................................9   Les  caractéristiques  d’une  batterie  lithium  ion  pour  véhicule  électrique   .........................................10   Production  de  publications  scientifiques  et  de  brevets .........................................................................12   Nombre  de  publications  parues  par  technologie ...............................................................................12   Nombre  de  brevets  déposés  par  technologie.....................................................................................13   Evolution  par  pays  de  2000  à  2010.....................................................................................................13   Le  volume  des  brevets  et  publications  pour  les  4  technologies .........................................................14   Analyse  géographique ........................................................................................................................15   Focus  sur  la  technologie  Phosphate  de  Fer............................................................................................15   Naissance  de  la  filière .........................................................................................................................15   Les  publications  scientifiques  dans  le  domaine  du  LiFePO.................................................................16   Les  brevets  dans  le  domaine  du  LiFePO..............................................................................................22   La  Chine  et  le  Phosphate  de  Fer .............................................................................................................23   Partie  2  :  Les  acteurs  industriels.................................................................................................27   Introduction............................................................................................................................................27   Vue  d’ensemble  de  la  filière  des  véhicules  électriques..........................................................................27   Une  carte  stratégique  globale  du  secteur...........................................................................................27   Un  secteur  industriel  caractérisé  par  une  forte  densité  d’interconnexions .......................................30   Une  seconde  carte  stratégique,  focalisée  sur  les  constructeurs  automobiles....................................30   Les  acteurs  les  plus  connectés............................................................................................................32   Le  marché  chinois  comme  tremplin  vers  le  marché  mondial  ? ..........................................................33   Principaux  acteurs  identifiés ..................................................................................................................34   Les  constructeurs  automobiles...........................................................................................................34   Les  constructeurs  de  batteries............................................................................................................35   Focus  sur  les  chaines  de  valeur  de  2  acteurs  majeurs  (Renault  et  BYD).................................................36   Renault  et  le  véhicule  électrique ........................................................................................................36   Le  cas  BYD  :  des  batteries  aux  véhicules  électriques ..........................................................................38   Annexes.....................................................................................................................................41  
  • 7.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       6     Introduction   La   croissance   démographique   mondiale   et   l’augmentation   du   pouvoir   d’achat   des   pays   émergents   a   pour   corollaire   un   accroissement   du   nombre   de   véhicules   automobiles.   Cette   hausse   s’accompagne   d’une  demande  accrue  en  énergie,  d’une  augmentation  des  émissions  de  gaz  à  effet  de  serre  et  d’une   diminution  des  ressources  pétrolières.     Les  véhicules  à  moteur  diesel  et  à  essence,  importants  responsables  d’émissions  d’oxydes  d'azote  (NOx),   de   dioxyde   de   carbone   (CO2)   et   de   microparticules,   ne   peuvent,   par   conséquent,   être   une   réponse   durable1  aux  besoins  de  la  mobilité  par  les  transports  terrestres.  Il  est  donc  nécessaire  d’imaginer  des   solutions   technologiques   permettant   de   produire   des   automobiles   «propres»   et   dont   l’approvisionnement  énergétique  soit  pérenne.   L’énergie   électrique   semble   répondre   à   ces   impératifs.   Elle   peut   aider   à   réduire   la   dépendance   au   pétrole  et  répondre  favorablement  aux  préoccupations  écologiques  -­‐  à  condition  toutefois  que  l’énergie   primaire  servant  à  la  produire  soit  elle  aussi  respectueuse  de  l’environnement  et  que  la  question  du   recyclage  des  batteries  soit  traitée  de  façon  satisfaisante.   L’industrie  automobile,  à  la  recherche  d’alternatives  au  pétrole,  se  concentre  sur  un  double  objectif  :   proposer   des   véhicules   urbains   «  éco-­‐responsables  »   qui   pourraient   être   commercialisés,   sous   différentes  versions,  sur  les  différents  marchés  géographiques.   La  batterie  est  la  composante  essentielle  des  véhicules  électriques,  tant  en  terme  technologique  que  de   coût.   La   batterie,   qui   est   ainsi   devenue   un   enjeu   majeur   pour   l’industrie   automobile,   concentre   recherches,  développements  et  investissements  industriels.  Cet  équipement  est  à  la  fois  un  indicateur   de  la  progression  de  cette  niche  du  marché  automobile  et  un  axe  autour  duquel  celui-­‐ci  structurera  son   développement.     Actuellement,  le  futur  de  la  filière  des  batteries  pour  véhicules  électriques  reste  encore  très  ouvert.  Un   des  scénarios  considéré  comme  le  plus  probable  s’articule  autour  de  la  solution  technologique  «  lithium   ion   »   qui   émerge   progressivement   comme   un   «   standard   ».   Les   batteries   lithium   ion   présentent   de   nombreux  avantages  :   -­‐ Elles  sont  peu  encombrantes  ;   -­‐ Elles  nécessitent  peu  de  maintenance,     -­‐ Elles  ont  une  faible  autodécharge   -­‐ Elles  permettent  de  stocker  trois  à  quatre  fois  plus  d'énergie  par  unité  de  masse  que  les  batteries   classiques.2   -­‐ Le  lithium  est  un  matériau  abondant  et  son  prix  ne  représente  actuellement  qu'une  faible  part   du  coût  de  la  batterie3 .                                                                                                                   1  Rapport  2010  sur  le  pic  pétrolier  de  L’Agence  Internationale  de  l’Energie  (AIE)  (World  Energy  Outlook),   2  Pluchet  &  Destruel,  Rapport  «  Etat  de  la  R&D  dans  le  domaine  des  batteries  pour  véhicules  électriques  au  Japon  »,  oct.  2010   3  Ibid.  p.51-­‐53  
  • 8.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       7   Mais,  pour  ce  seul  scénario  lithium  ion,  plusieurs  trajectoires  peuvent  encore  se  dessiner  à  partir  de  la   composition  de  la  cathode  en  particulier.  Il  s’agit  des  options  technologiques  reposant  sur  le  Manganèse   (Mn),  sur  l’association  Nickel-­‐Manganèse-­‐Cobalt  (Ni–Mn–Co),  sur  l’association  Nickel-­‐Cobalt-­‐Aluminium   (Ni-­‐Co-­‐Al)  et  enfin  sur  le  Phosphate  de  Fer  (LiFePO).   Les   constructeurs   automobiles   suivent   avec   beaucoup   d’attention   la   structuration   technologique   de   cette  filière,  l’enjeu  étant  d’identifier  dès  que  possible  la  technologie  qui  s’imposera  comme  un  standard   afin   d’être   en   mesure   d’en   équiper   aussitôt   leurs   véhicules.   Parallèlement,   ils   tentent   d’imposer,   en   collaborant  avec  d’autres  d’acteurs  économiques,  politiques  et  de  l’univers  de  la  recherche  scientifique   et   technologique,   l’option   pour   laquelle   ils   ont   opté.   Car,   face   aux   acteurs   historiques   du   secteur   automobile,  sont  apparus  de  nouveaux  protagonistes  ;  asiatiques  notamment.  Ces  nouveaux  entrants,   souvent  issus  de  secteurs  éloignés  de  celui  de  l’automobile  (chimie  notamment),  qui  ont  compris  l’enjeu   que  représente  la  maitrise  des  technologies  des  batteries  destinées  aux  véhicules  électriques  (EV)  ou   aux  véhicules  hybrides  (HEV),  tentent  de  se  positionner  au  plus  vite,  à  tous  les  stades  de  la  chaine  de   valeur,   de   la   recherche   à   la   commercialisation.   Tous   les   acteurs   des   cette   filière   font   montre   d’une   vigilance  extrême  à  l’égard  de  l’ensemble  des  concurrents,  actuels  et  potentiels.   Une   veille   élargie,   englobant   les   agents   et   les   facteurs   porteurs   de   bouleversement   pour   le   secteur   automobile,   peut   tout   d’abord   contribuer   à   répondre   aux   principales   questions   que   se   posent   les   acteurs  industriels  de  ce  secteur.  Elle  peut  également  détecter  les  signaux  faibles  permettant  d’anticiper   les  transformations  à  venir.   Les   étudiants   de   la   promotion   2010-­‐2011   du   Mastère   en   Intelligence   Scientifique   Technique   et   Economique  d’ESIEE  Paris  ont  développé  un  dispositif  de  veille  visant  à  répondre  à  ce  double  objectif  de   compréhension  des  évènements  récents  et  d’anticipation  des  mutations  futures.   Ce  rapport  présente  l’état  de  l’art  qui  a  été  dressé  à  partir  de  l’analyse  des  faits  marquants  du  secteur  à   la  fin  de  la  décennie  2010.     La  première  partie  de  ce  document  présente  les  caractéristiques  et  enjeux  des  technologies  citées,  une   analyse  des  publications  scientifiques  et  brevets  déposés  (volumétrie,  géographie,  acteurs)  et  propose   un  focus  sur  l’activité  liée  au  Phosphate  de  Fer  et  à  l’engagement  de  la  Chine  sur  ce  sujet.   La  seconde  partie  s’intéresse  aux  acteurs  de  ce  nouveau  marché,  les  premières  tendances  et  propose   une  cartographie  des  acteurs  et  du  type  de  relations  qui  se  nouent  entre  eux.   Ce  rapport  est  associé  à  un  second  rapport  -­‐  de  diffusion  restreinte  -­‐  qui  présente  en  détail  le  dispositif   de  veille  ayant,  d’une  part  permis  de  produire  les  analyses  présentées  ici  et,  d’autre  part  suivre  en  flux   continu  la  construction  de  la  filière.  
  • 9.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       8     Partie  1  :  Etat  de  l’art  des   technologies  lithium  ion   La  première  section  de  cette  partie  étudie  les  caractéristiques  et  enjeux  associés  aux  quatre  options   technologiques  retenues.  L’étude  des  brevets  et  des  publications  dans  le  domaine  du  lithium  ion  permet   ensuite   d’identifier   les   tendances   et   la   recherche   et   développement   développée   autour   de   ces   4   options  :  le  Manganèse  (Mn),  l’association  Nickel  Manganèse-­‐Cobalt  (Ni–Mn–Co),  l’association  Nickel-­‐ Cobalt-­‐Aluminium  (Ni-­‐Co-­‐Al)  et  enfin  le  Phosphate  de  Fer  (LiFePO).   La  seconde  section  analyse  les  publications  scientifiques  et  les  brevets  dans  le  domaine  du  lithium  ion.   La  troisième  section  se  concentre  sur  la  technologie  Phosphate  de  Fer.  Et  enfin,  la  quatrième  section,   consacrée   à   l’engagement   de   la   Chine   dans   cette   voie,   montre,   qu’au-­‐delà   des   considérations   économiques,   la   bataille   technologique   autour   des   batteries   pose   le   problème   de   la   propriété   intellectuelle  des  brevets.  Le  choix  de  la  technologie  ne  repose  pas  seulement  sur  des  points  techniques   mais  prend  également  en  compte  des  considérations  politiques  et  légales.     Caractéristiques   et   enjeux   des   technologies   associées   aux   batteries  lithium  ion   Les  caractéristiques  des  véhicules  électriques   Un  véhicule  électrique  (EV)  fonctionne  avec  un  moteur  électrique  qui  transforme  en  énergie  mécanique   l’électricité  stockée  dans  un  ensemble  d’accumulateurs.  Il  reçoit  donc  toute  son  énergie  de  sa  batterie   qui  doit  être  rechargée.  Les  technologies  actuelles  ne  permettent  pas  d’obtenir  des  voitures  ayant  une   autonomie  de  plus  de  150  km4 .   Les  véhicules  à  motorisation  hybride  allient  un  moteur  thermique  classique  et  un  moteur  électrique.   Pour  Pluchet  &  Destruel,  2010,  les  véhicules  électriques  présentent  une  série  d’avantages  qui  peuvent   se  résumer  à  :     • Un  coût  faible  au  kilomètre  (hors  coût  d’achat  du  véhicule)   • Une  efficacité  énergétique  élevée   • Aucune  émission  de  gaz  à  effet  de  serre   • Véhicule  silencieux   • Les  moteurs  électriques  sont  peu  encombrants   • Un  coût  d’entretien  plus  faible  que  pour  un  véhicule  thermique                                                                                                                   4 Pluchet  J.,  Rapport  «  Etat  de  la  R&D  dans  le  domaine  des  batteries  pour  véhicules  électriques  au  Japon  »,  oct-­‐2010.    
  • 10.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       9   A  l’opposé,  toujours  selon  Pluchet  &  Destruel,  2010,  les  inconvénients  sont  les  suivants  :     • Une  faible  autonomie.   • Un  coût  des  batteries  élevé.   • Les  performances  du  véhicule  se  dégradent  dans  les  climats  très  froids  lorsque  les  températures   extérieures  diminuent.   • L’utilisation  du  chauffage  diminue  l’autonomie  car  il  n’y  a  pas  de  récupération  de  chaleur  comme   dans  un  véhicule  thermique.   • La  durée  de  charge  des  batteries  est  longue.   • Le  silence  du  véhicule  présente  un  danger  potentiel  pour  les  piétons.   Les  principes  de  fonctionnement  d’un  accumulateur  électrique5   Pour   comprendre   l’enjeu   du   choix   technologique,   il   importe   de   connaitre   les   principes   généraux   de   fonctionnement  d’une  batterie  (ou  accumulateur  électrique).   Une   batterie   est   un   ensemble   d’accumulateurs   couplés.   L’énergie   y   est   stockée   sous   forme   électrochimique  et  le  courant  électrique  y  est  généré  par  une  réaction  d’oxydoréduction  au  cours  de   laquelle  se  produit  un  transfert  d’électrons  (le  réducteur  cède  un  électron  à  l’oxydant).  Ce  transfert  se   réalise  par  l’intermédiaire  d’ions  au  sein  d’une  cellule  élémentaire  (l’accumulateur  électrique)  composée   de   deux   électrodes,   l’une   positive   (la   cathode)   et   l’autre   négative   (l’anode),   baignant   dans   un   électrolyte.   La   transformation   électrochimique,   qui   est   réversible,   permet   ainsi   de   charger   et   de   décharger  la  batterie.6     La   composition   de   l’anode,   celle   de   la   cathode   et   celle   de   l’électrolyte   sont   les   trois   éléments   qui   déterminent   le   type   de   la   batterie.   Du   choix   des   matériaux   et   leur   bonne   association   découlent   les   performances  de  la  batterie.   La   fabrication   de   la   batterie   mobilise   une   série   d’acteurs,   de   techniques   et   de   technologies   qui   s’organisent  de  la  façon  suivante  :     Chaine  de  valeur  de  la  production  d’une  batterie  lithium  ion                                                                                                                     5  Ibid,  p.19-­‐20   6  Pluchet  &  Destruel,  2010  et  http://voiture-­‐tpe.e-­‐monsite.com/rubrique,i-­‐le-­‐moteur-­‐electrique,1426150.html  
  • 11.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       10   Les  caractéristiques  d’une  batterie  lithium  ion  pour  véhicule  électrique  7   • La  durée  de  vie  :  Actuellement,  elle  varie  entre  5  et  8  ans.   • Le  cycle  de  vie  :  Il  s’exprime  en  nombre  de  cycles  de  charge/décharge  et  caractérise  l’usure  due  à   l’utilisation.   Généralement,   on   mesure   le   nombre   de   cycles   pendant   lesquels   la   batterie   peut   restituer  une  énergie  supérieure  à  80%  de  son  énergie  nominale.  La  valeur  pour  les  batteries   lithium  ion  actuelles  est  de  l’ordre  de  1000  cycles.   • Le  coût  :  Il  exprime  le  prix  de  la  batterie  par  Wh.  Il  est  actuellement  compris  entre  0,90  et  1,8   €/Wh.   • La  sécurité  :  La  dangerosité  des  batteries  est  un  point  très  important.  Il  est  essentiel  d’éviter  les   réactions  chimiques  qui  libèrent  une  grande  quantité  de  chaleur  susceptibles  de  provoquer  un   incendie.  Les  composants  chimiques  sujets  à  l’emballement  thermique  doivent  donc  être  utilisés   dans  un  boîtier  résistant  et  avec  des  cellules  de  contrôle  garantissant  la  sécurité  du  système8 .   • La  durée  de  charge  :  Le  temps  nécessaire  pour  effectuer  un  plein  d’énergie  dépend  du  type  de  la   prise  électrique  à  laquelle  le  véhicule  est  connecté.  Il  est  de  8h  pour  une  borne  normale  et  de  30   minutes  pour  une  borne  de  charge  rapide.   Parmi   les   différentes   technologies   de   batteries   expérimentées   ou   en   cours   d’expérimentation,   la   batterie  lithium  ion  semble  donner  de  meilleurs  résultats.     Les   batteries   lithium   ion   sont   peu   encombrantes,   nécessitent   peu   de   maintenance,   ont   une   faible   autodécharge  et  permettent  de  stocker  trois  à  quatre  fois  plus  d'énergie  par  unité  de  masse  que  les   batteries  classiques9 .   Le  lithium  est  abondant10  et  son  prix  pour  le  moment  ne  représente  qu'une  faible  part  du  prix  de  la   batterie.     Dans  le  cadre  de  cette  étude,  nous  nous  limitons  aux  quatre  options  de  cette  technologie  que  sont  le   Manganèse   (Mn),   l’association   Nickel   Manganèse-­‐Cobalt   (Ni–Mn–Co),   l’association   Nickel-­‐Cobalt-­‐ Aluminium  (Ni-­‐Co-­‐Al)  et  enfin  le  Phosphate  de  Fer  (LiFePO).  Ce  choix  se  justifie  par  le  fait  que  ce  sont  les   technologies  sur  lesquelles  se  concentre  la  majeure  partie  des  acteurs  engagés  dans  ce  secteur.                                                                                                                   7  Ibid.,  ADEME,  Le  transport  électrique  en  France  :  un  développement  nécessaire  sous  contrainte,  2009.  www.ademe.fr   8  Mavier  J.,  Convertisseurs  génériques  à  tolérance  de  panne  :  application  pour  le  domaine  aéronautique,  thèse  de  doctorat,   2007   9  Ibid.  p.  19-­‐23   10  http://www.batscap.com/la-­‐batterie-­‐lithium-­‐metal-­‐polymere/industrialisation.php  
  • 12.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       11     Comparaison  des  4  technologies  selon  leurs  caractéristiques  techniques       Comparaison  qualitative     Ni-­‐Co-­‐Al     Ni-­‐Mn-­‐Co     Mn     LiFePO   Energie     +     +     -­‐     -­‐     Puissance     +     +/-­‐     +     +     Densité   énergétique     ++     ++     +     -­‐     Durée  de  vie     ++     +     -­‐-­‐     -­‐  (au  dessus  de   30°)   Nombre  de  cycles     +     +     -­‐     +     Sécurité     -­‐  -­‐   -­‐     -­‐     +     Coût     ++     ++     -­‐     -­‐     Maturité     ++     -­‐     ++     -­‐-­‐       Le  Nickel  Cobalt  pose  un  problème  au  niveau  du  coût  de  ses  matériaux.  Associé  à  l’Aluminium  (Ni-­‐Co-­‐Al),   la   technologie   semble   répondre   à   toutes   les   caractéristiques   attendues   pour   le   véhicule   électrique.  
  • 13.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       12   Cependant,  la  sécurité  semble  compromettre  la  qualité  de  ses  performances,  faiblesse  qui  affecte  de   même  comme  le  Nickel  Manganèse  Cobalt  (Ni-­‐Co-­‐Al).   Si  le  Manganèse  (Mn)  semble  la  technologie  la  plus  mature  et  la  moins  coûteuse,  il  reste  cependant  peu   viable  si  on  tient  compte  de  l’usure  de  la  batterie  due  à  l’utilisation.   La  technologie  Phosphate  de  Fer  est  la  technologie  la  moins  mature  mais  elle  présente  des  avantages   importants   en   matière   de   coût   et   de   sécurité,   critères   qui   sont   reconnus   comme   très   importants.   Nombre   d’acteurs   ont   d’ailleurs   misé   sur   cette   option   technologie   émergente   (voir   troisième   et   quatrième  section).     Production  de  publications  scientifiques  et  de  brevets   Une  comparaison  des  volumes  de  publications  scientifiques  et  de  brevets  produits  entre  2000  et  2010   dans  le  domaine  des  batteries  lithium  ion  permet  de  suivre  l’orientation  de  la  recherche  scientifique   autour  des  4  options  de  cette  filière.     Le   Web   of   Science   (Thomson   Reuters)   a   servi   à   repérer   une   sélection   d’articles,   d’auteurs   et   d’institutions  de  recherche  qui  ont  permis  d’analyser  l’activité  de  recherche  scientifique  et  d’identifier   les  principaux  acteurs  scientifiques  dans  ce  domaine.   De  même,  l’analyse  des  brevets  -­‐  avec  l’outil  Matheo  Patent®  et  la  base  de  données  Espacenet®  de  l’OEB   (Office   Européen   des   Brevets)   –   a   permis   de   caractériser   l’activité   de   recherche   technologique   et   d’identifier  les  principaux  acteurs  technologiques.   L’analyse   des   publications   et   des   brevets   correspondant   aux   4   technologies   étudiées   permet   de   caractériser  la  dynamique  générale  de  la  technologie  lithium   ion  entre  2000  et  2010.  Le  Manganèse   (Mn)  est  l’option  qui  regroupe  le  plus  grand  nombre  de  brevets  et  de  publications.  Mais  le  Phosphate  de   Fer  (LiFePO)  est  l’option  qui  manifeste  la  progression  la  plus  forte,  avec  un  décollage  à  partir  de  2004.     Nombre  de  publications  parues  par  technologie     Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste    
  • 14.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       13   Nombre  de  brevets  déposés  par  technologie     Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste   Evolution  par  pays  de  2000  à  2010   Une  analyse  par  zone  géographique  montre  que  la  Chine  occupe  une  place  de  leader  pour  la  technologie   Phosphate  de  Fer  alors  que  le  Japon  détient  le  plus  grand  nombre  de  brevets  et  de  publications  pour  le   Manganèse.  Les  États-­‐Unis  ont  déposé  davantage  de  brevets  dans  le  Manganèse,  mais  les  publications   américaines   dans   le   domaine   du   Phosphate   de   Fer   dépassent   légèrement   celles   consacrées   au   Manganèse.  La  France  et  la  Corée  publient  de  façon  équilibrée  entre  ces  deux  technologies.     Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste  
  • 15.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       14     Le  volume  des  brevets  et  publications  pour  les  4  technologies     Publications  2000-­‐2010   Brevets  2000-­‐2010                     Source  :  Web  of  Science,  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste   Plus  de  60%  des  demandes  de  brevets  autour  du  Phosphate  de  Fer  sont  déposées  auprès  de  l’office   chinois   de   la   propriété   industrielle   (SIPO).   Le   Japon   totalise   22%   des   brevets   dans   le   Manganèse.   Le   nombre  de  publications  entre  2000  et  2010  semble  proportionnel  au  nombre  de  brevets  déposés  par   pays,   à   l’exception   du   Phosphate   de   Fer.   Dans   ce   domaine,   la   Chine   totalise   près   de   30%   des   publications  mondiales,  se  plaçant  devant  les  Etats  Unis  et  le  Japon.  La  France  est  très  active  sur  le  plan   des  publications,  mais  elle  dépose  peu  de  brevets.  
  • 16.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       15   Analyse  géographique     Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste   Focus  sur  la  technologie  Phosphate  de  Fer   Naissance  de  la  filière   La   création   de   la   filière   Phosphate   de   Fer   (LiFePO)   peut   être   rattachée   à   quelques   publications   scientifiques.  Le  LiFePO  a  initialement  été  identifié  comme  un  matériau  de  cathode  potentiel  pour  les   batteries  au  lithium  par  le  chercheur  John  Goodenough,  de  l'Université  du  Texas.  Le  nombre  de  citations   reçues   par   ces   travaux   témoigne   du   caractère   exceptionnel   de   leur   publication   séminale.   L’article   fondateur  «  Phospho-­‐olivines  as  positive-­‐electrode  materials  for  rechargeable  lithium  batteries  »,  publié   en  1997  dans  la  revue  «  Journal  of  The  Electrochemical  Society  »,  a  reçu  entre  1997  à  2010,  un  total  de   1465   citations.   Cette   performance   est   en   soi   exceptionnelle.   Elle   signe   une   très   forte   visibilité   des   résultats   publiés.   De   plus,   alors   que   les   articles   scientifiques   atteignent   généralement   leur   pic   de   citations  au  bout  de  3  à  5  ans,  avant  d’enregistrer  un  déclin,  cet  article  séminal  de  John  Goodenough   présente  un  profil  de  citations  singulier  :  le  nombre  de  citations  est  encore  en  croissance,  plus  de  13  ans   après  sa  publication.   Nombre  de  citations  reçues  par  J.  Goodenough  (1997)   Année   1997   1998     1999     2000     2001   2002   2003     2004     2005     2006   2007     2008     2009     2010   Nb  de     citations   reçues   1     2     1     11     21   40     48     87     105     132   160     201     241     292   Source  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste   0   50   100   150   200   250   300   350   400   450   CN   US   WO   JP   KR   EP   DE   CA   FR   AU   Les  brevets  déposés  par  office   NiCoMn   Mn   NiCoAl   FePo  
  • 17.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       16     Courbe  des  citations  reçues  par  J.  Goodenough  (1997)     Source  Web  of  science.  Traitement  :  Miste   Les  publications  scientifiques  dans  le  domaine  du  LiFePO   Les  10  publications  scientifiques  les  plus  cités  dans  le  domaine  de  la  recherche  Phosphate  de   Fer  1991-­2010-­  (liste  des  25  en  annexe)   Rang   Titre   Auteurs   Source   Année   de   publication   Nbre   de   citations   1   Phospho-­‐olivines   as   positive-­‐electrode   materials   for   rechargeable   lithium   batteries   Padhi,   AK;   Nanjundaswamy,   KS;   Goodenough,   JB   JOURNAL   OF   THE   ELECTROCHEMICAL   SOCIETY   1997   1465   2   Electronically  conductive   phospho-­‐olivines   as   lithium   storage   electrodes   Chung,  SY;  Bloking,   JT;  Chiang,  YM   NATURE  MATERIALS   2002   765   3   Optimized   LiFePO4   for   lithium  battery  cathodes   Yamada,   A;   Chung,   SC;  Hinokuma,  K   JOURNAL   OF   THE   ELECTROCHEMICAL   SOCIETY   2001   660   4   Effect   of   structure   on   the   Fe3+/Fe2+   redox   couple   in   iron   phosphates   Padhi,   AK;   Nanjundaswamy,   KS;   Masquelier,   C;   et  al.   JOURNAL   OF   THE   ELECTROCHEMICAL   SOCIETY   1997   385   5   Approaching   theoretical   capacity   of   LiFePO4   at   room   temperature   at   high  rates   Huang,   H;   Yin,   SC;   Nazar,  LF   ELECTROCHEMICAL   AND   SOLID   STATE   LETTERS   2001   369   6   Nano-­‐network  electronic   conduction   in   iron   and   nickel   olivine   phosphates   Herle,   PS;   Ellis,   B;   Coombs,  N;  et  al.   NATURE  MATERIALS   2004   293   7   Lithium   Andersson,   AS;   SOLID  STATE  IONICS   2000   269  
  • 18.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       17   extraction/insertion   in   LiFePO4:   an   X-­‐ray   diffraction   and   Mossbauer  spectroscopy   study   Kalska,   B;   Haggstrom,  L;  et  al.   8   Electroactivity  of  natural   and  synthetic  triphylite   Ravet,   N;   Chouinard,   Y;   Magnan,  JF;  et  al.   JOURNAL   OF   POWER   SOURCES   2001   253   9   Hydrothermal   synthesis   of   lithium   iron   phosphate  cathodes   Yang,   SF;   Zavalij,   PY;   Whittingham,   MS   ELECTROCHEMISTRY   COMMUNICATIONS   2001   232   10   The   source   of   first-­‐cycle   capacity  loss  in  LiFePO4   Andersson,   AS;   Thomas,  JO   JOURNAL   OF   POWER   SOURCES   2001   224   Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste   Les  10  principaux  auteurs  de  publications  scientifiques  relatives  au  Phosphate  de  Fer  pendant   la  période  2000-­2010  -­‐  (liste  des  25  en  annexe)   Rang   Auteurs   Nb  de   publications     Institutions  des  signataires   1   WANG,  ZX   41   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan   Peoples  R  China  /  Chinese  Acad  Sci,  Beijing  Natl  Lab  Condensed   Matter  Phys,  Inst  Phys,  Beijing  100190,  Peoples  R  China/  Jiangxi   Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou  341000,   Peoples  R  China  /  Guilin  Univ  Technol,  Dept  Mat  &  Chem,  Guilin   541004,  Peoples  R  China   2   ZAGHIB,  K   38   Inst  Rech  Hydro  Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  Univ   Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  CNRS,  Dept  Math  Phys   Planete  &  Univers,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Univ  Montreal,  Dept   Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7  Canada  /  Univ  Texas,  Austin,  TX   78712  USA  /  Univ  Calif  Berkeley,  Lawrence  Berkeley  Lab,  Environm   Energy  Technol  Div,  Berkeley,  CA  94720  USA  /  Phostech  Lithium,   Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada  /     3   TARASCON,   JM   33   Univ  Picardie  Jules  Verne,  CNRS  UMR  6007,  LRCS,  F-­‐80039  Amiens,   France  /  Univ  Picardie,  Lab  React  &  Chim  Solides,  CNRS,  UMR   6007,  F-­‐80039  Amiens,  France   4   JULIEN,  CM   31   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐ 75015  Paris,  France  /  Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662   Warsaw,  Poland  /  Univ  Michigan,  Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface   Chem  Lab,  Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ  Texas,  Austin,  TX   78712  USA  /  Univ  Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7   Canada  /Phostech  Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada  
  • 19.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       18   5   MAUGER,  A   29   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐ 75015  Paris,  France  /  Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662   Warsaw,  Poland  /  Univ  Michigan,  Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface   Chem  Lab,  Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ  Texas,  Austin,  TX   78712  USA  /  Univ  Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7   Canada  /Phostech  Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada     6   GENDRON,  F   28   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro  Quebec,   Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐75015  Paris,  France  /   Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662  Warsaw,  Poland  /  Univ  Michigan,   Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface  Chem  Lab,  Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ   Texas,  Austin,  TX  78712  USA  /  Univ  Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7   Canada  /Phostech  Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada   7   GABERSCEK,   M   27   Natl  Inst  Chem,  SI-­‐1000  Ljubljana,  Slovenia  /  Jozef  Stefan  Inst,  SI-­‐1000  Ljubljana,   Slovenia  /Univ  Ljubljana,  Fac  Chem  &  Chem  Technol,  Ljubljana  61000,  Slovenia   /  Fac  Chem  &  Chem  Technol,  SI-­‐1000  Ljubljana,  Slovenia  /  ENSICAEN,  UMR   6506,  CNRS,  Catalyse  &  Spectrochim  Lab,  F-­‐14050  Caen,  France     8   AHN,  JH   26   Gyeongsang  Natl  Univ,  Dept  Chem  &  Biol  Engn,  Jinju  660701,  South  Korea  /   Chonbuk  Natl  Univ,  Dept  Polymer  Nano  Sci  &  Technol,  Jeonju  561756,  South   Korea/  Univ  Wollongong,  Inst  Superconducting  &  Elect  Mat,  Wollongong,  NSW   2522  Australia/  Andong  Natl  Univ,  Dept  Mat  Engn,  Andong  760749,  Gyungbuk   South  Korea     9   GUO,  HJ   26   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R  China  /   Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou  341000,  Peoples  R   China   10   LI,  XH   26   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R  China  /   Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou  341000,  Peoples  R   China   Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste     Les   10   premières   institutions   signataires   de   publications   scientifiques   Phosphate   de   Fer   au   cours  de  la  période  2000-­2010  -­‐  liste  des  25  en  annexe   Rang   Institution     Adresse   Nombre   de   publications     1   CHINESE  ACAD  SCI   Chinese   Acad   Sci,   Shanghai   Inst   Ceram,   State   Key   Lab   High  Performance  Ceram  &  Superfine,  Shanghai  200050,   Peoples  R  China   80  
  • 20.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       19   2   CENT  S  UNIV   Cent   S   Univ,   Sch   Met   Sci   &   Engn,   Changsha   410083,   Hunan  Peoples  R  China     66   3   UNIV  PARIS  06   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France   38   4   INST   RECH   HYDRO   QUEBEC   Inst  Rech  Hydro  Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada   36   5   UNIV   CALIF   BERKELEY   Univ   Calif   Berkeley,   Lawrence   Berkeley   Lab,   Environm   Energy  Technol  Div,  Berkeley,  CA  94720  USA   36   6   UNIV   ROMA   LA   SAPIENZA   Univ  Roma  La  Sapienza,  Dept  Chem,  I-­‐00185  Rome,  Italy   35   7   CHONNAM   NATL   UNIV   Chonnam   Natl   Univ,   Fac   Appl   Chem   Engn,   Kwangju   500757,  South  Korea   32   8   MIT   MIT,  Dept  Mat  Sci  &  Engn,  Cambridge,  MA  02139  USA   32   9   TOKYO   INST   TECHNOL   Tokyo   Inst   Technol,   Dept   Elect   Chem,   Interdisciplinary   Grad  Sch  Sci  &  Engn,  Midori  Ku,  Yokohama,  Kanagawa   2268502  Japan     32   10   GYEONGSANG   NATL  UNIV   Gyeongsang   Natl   Univ,   Dept   Chem   &   Biol   Engn,   Jinju   660701,  South  Korea   29   Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste   L’analyse   de   l’origine   géographique   des   institutions   signataires   d’articles   scientifiques   consacrés   au   LiFePO   montre   l’intensité   de   l’activité   chinoise   dans   ce   domaine  :   9   des   25   premières   institutions   signataires  sont  basées  en  Chine.  On  peut  souligner  que  trois  institutions  françaises  apparaissent  dans  le   «  top  25  »  :  l’université  Paris  6  est  en  troisième  position,  l’université  Picardie  Jules  Verne  et  le  CNRS  en   16ème  position.  La  suite  du  classement  confirme  l’engagement  de  la  Chine  dans  la  filière  LiFePO.  Ce  pays   représente  un  tiers  des  100  premières  institutions  signataires.   Ventilation  par  pays  des  100  premiers  signataires  d’articles  scientifiques  consacrés  au  LiFePO     Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste    
  • 21.           Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       20         Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste  
  • 22.           Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       21   Les  10  principaux  auteurs  français  de  publications  scientifiques  relatives  au  Phosphate  de  Fer   pendant  la  période  2000-­2010  -­‐  (liste  des  25  en  annexe)   Rang   Auteur   Institutions   nbre   d'articles   1   TARASCON,   JM   Univ  Picardie  Jules  Verne,  CNRS  UMR  6007,  LRCS,  F-­‐80039  Amiens,   France  /  Univ  Picardie,  Lab  React  &  Chim  Solides,  CNRS,  UMR  6007,   F-­‐80039  Amiens,  France   33   2   JULIEN,  CM   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐75015   Paris,  France  /  Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662  Warsaw,   Poland  /  Univ  Michigan,  Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface  Chem  Lab,   Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ  Texas,  Austin,  TX  78712  USA  /  Univ   Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7  Canada  /Phostech   Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada   31   3   MAUGER,  A   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐75015   Paris,  France  /  Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662  Warsaw,   Poland  /  Univ  Michigan,  Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface  Chem  Lab,   Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ  Texas,  Austin,  TX  78712  USA  /  Univ   Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7  Canada  /Phostech   Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada   29   4   GENDRON,  F   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐75015   Paris,  France  /  Warsaw  Univ  Technol,  Fac  Phys,  PL-­‐00662  Warsaw,   Poland  /  Univ  Michigan,  Dept  Geol  Sci,  Nanosci  &  Surface  Chem  Lab,   Ann  Arbor,  MI  48109  USA  /  Univ  Texas,  Austin,  TX  78712  USA  /  Univ   Montreal,  Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7  Canada  /Phostech   Lithium,  Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada   28   5   ZAGHIB,  K   Univ  Paris  06,  IMPMC,  F-­‐75015  Paris,  France  /  Inst  Rech  Hydro   Quebec,  Varennes,  PQ  J3X  1S1  Canada  /  CNRS,  Dept  MPPU,  F-­‐75015   Paris,  France  /  Univ  Texas,  Austin,  TX  78712  USA  /  Univ  Montreal,   Dept  Chim,  Montreal,  PQ  3HC  3J7  Canada  /Phostech  Lithium,   Boucherville,  PQ  J4B  7K4  Canada   21   6   MASQUELIER,   C   Univ  Picardie  Jules  Verne,  CNRS  UMR  6007,  LRCS,  F-­‐80039  Amiens,   France  /  Univ  Picardie,  Lab  React  &  Chim  Solides,  CNRS,  UMR  6007,   F-­‐80039  Amiens,  France  /  UMICORE  Res  &  Dev,  B-­‐2250  Olen,   Belgium   19   7   DELACOURT,  C   Univ  Picardie  Jules  Verne,  CNRS  UMR  6007,  LRCS,  F-­‐80039  Amiens,   France  /  Univ  Picardie,  Lab  React  &  Chim  Solides,  CNRS,  UMR  6007,   F-­‐80039  Amiens,  France   15   8   LE  CRAS,  F   CEA,  LITEN,  F-­‐38054  Grenoble,  France  /  Univ  Bordeaux,  ICMCB   CNRS,  IPB  ENSCBP,  F-­‐33608  Pessac,  France  /  Univ  Bordeaux  1,  CNRS,   ICMCB,  F-­‐33608  Pessac,  France     14          
  • 23.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       22     9   ARMAND,  M   Univ  Picardie  Jules  Verne,  CNRS  UMR  6007,  LRCS,  F-­‐80039  Amiens,   France     13   10   CROGUENNEC,   L    Univ  Bordeaux,  ICMCB  CNRS,  IPB  ENSCBP,  F-­‐33608  Pessac,  France  /   CEA,  LITEN,  F-­‐38054  Grenoble,  France     11           Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste   Les  brevets  dans  le  domaine  du  LiFePO   Le  transfert  de  la  connaissance  scientifique  correspondant  à  l’article  fondateur  de  John  Goodenough   vers  l’univers  de  la  technologie  peut  être  schématisé  autour  de  deux  groupes  de  brevets.  Le  premier,  qui   protège  l’invention  dérivée  de  cet  article  de  John  Goodenough,  englobe  notamment  le  brevet  «  Cathode   Materials  For  Secondary  (Rechargeable)  Lithium  Batteries  »  déposé  par  l’université  du  Texas  le  23  avril   1996.  Le  second  groupe  de  brevets  concerne  un  complément  de  cette  première  invention  pionnière,   dans   le   sens   où   la   nouveauté   protégée   rend   opératoire   cette   percée   scientifique,   notamment   une   méthode,  développée  notamment  par  le  chercheur  français  Michel  Armand,  qui  permet  d’enrober  les   grains   de   LiFePO   d’une   fine   couche   de   carbone.   Cette   invention   (New   electrode   materials   with   high   surface  conductivity),  qui  efface  les  limitations  liées  à  la  faible  conductivité  électronique  du  matériau,  a   fait   l’objet   du   dépôt   le   30   avril   1999   d’une   large   famille   de   brevets,   qui   comptent   Hydro   Québec,   l’Université  de  Montréal  et  le  CNRS  parmi  les  déposants.  Ces  brevets,  dont  la  licence  d’exploitation  a  été   cédée  à  la  société  canadienne  Phostech  (détenue  à  100%  par  l’Allemand  Süd  Chemie  depuis  2008)  sont   considérés  comme  centraux  pour  le  développement  de  la  filière.     Le   nombre   de   brevets   déposés   dans   le   domaine   du   LiFePO   reste   peu   élevé   jusqu’en   2006  ;   l’office   japonais  des  brevets  apparaissant  alors  à  la  première  place  dans  le  classement  mondial  des  dépôts  en  la   matière.  A  partir  de  2007,  le  nombre  de  brevets  déposés  autour  de  cette  technologie  enregistre  une   progression  spectaculaire,  à  la  faveur  du  développement  des  dépôts  effectués  en  Chine.  En  2010,  près   de  80%  des  brevets  dans  ce  domaine  sont  déposés  auprès  de  Sipo,  l’office  chinois  de  brevets.   Demandes  de  brevets  LiFePO  par  offices  de  dépôt  en  nombre  absolu       Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste  
  • 24.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       23   Demandes  de  brevets  LiFePO4  par  offices  de  dépôt  en  pourcentage       Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste   La  Chine  et  le  Phosphate  de  Fer   La   part   conquise   par   la   Chine   au   cours   des   dernières   années,   tant   en   matière   de   publications   scientifiques   que   de   brevets,   reflète   une   stratégie   univoque   de   ce   pays   pour   ce   qui   concerne   les   batteries  pour  véhicules  électriques.  Le  géant  asiatique  a  misé  sur  la  filière  LiFePO.  Un  choix  que  suffirait   à   justifier   les   avantages   (futurs)   de   cette   option   en   matière   de   coût   qui   la   rendent   particulièrement   adaptée  au  marché  local.  Le  choix  du  champion  national  BYD  (Build  Your  Dreams)  dans  ce  secteur  (voir   partie  suivante)  est  un  autre  marqueur  de  cette  orientation  stratégique.   Les  10  principaux  auteurs  chinois  de  publications  scientifiques  relatives  au  Phosphate  de  Fer   pendant  la  période  2000-­2010  -­‐  (liste  des  25  en  annexe)   Rang   Auteurs   Nbre  de   publications     Institution(s)  des  signataires     1   WANG,   ZX   41   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R   China  /  Chinese  Acad  Sci,  Beijing  Natl  Lab  Condensed  Matter  Phys,  Inst   Phys,  Beijing  100190,  Peoples  R  China/  Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch   Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou  341000,  Peoples  R  China  /  Guilin  Univ   Technol,  Dept  Mat  &  Chem,  Guilin  541004,  Peoples  R  China   2   GUO,  HJ   26   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R   China  /  Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou   341000,  Peoples  R  China   3   LI,  XH   26   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R   China  /  Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou   341000,  Peoples  R  China   4   HUANG,   XJ   23   Chinese  Acad  Sci,  Beijing  Natl  Lab  Condensed  Matter,  Inst  Phys,  Beijing   100190,  Peoples  R  China  /  Jiangxi  Normal  Univ,  Dept  Phys,  Nanchang   330027,  Peoples  R  China     5   TANG,   ZL   19   Tsing  Hua  Univ,  Dept  Mat  Sci  &  Engn,  State  Key  Lab  New  Ceram  &  Fine   Proc,  Beijing  100084,  Peoples  R  China    
  • 25.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       24     6   ZHANG,   ZT   19   Tsing  Hua  Univ,  Dept  Mat  Sci  &  Engn,  State  Key  Lab  New  Ceram  &  Fine   Proc,  Beijing  100084,  Peoples  R  China   7   WANG,   L   18   Hebei  Univ  Technol,  Inst  Power  Source  &  Ecomat  Sci,  Tianjin  300130,   Peoples  R  China  /  Shanghai  Jiao  Tong  Univ,  Dept  Chem  Engn,  Shanghai   200240,  Peoples  R  China  /  MIT,  Dept  Mat  Sci  &  Engn,  Cambridge,  MA   02139  USA   8   CHEN,   LQ   16   Chinese  Acad  Sci,  Inst  Phys,  Renewable  Energy  Lab,  Beijing  100190,   Peoples  R  China  /  Jiangxi  Normal  Univ,  Dept  Phys,  Nanchang  330027,   Peoples  R  China   9   LI,  H   15   Chinese  Acad  Sci,  Inst  Phys,  Renewable  Energy  Lab,  Beijing  100190,   Peoples  R  China  /  Jiangxi  Normal  Univ,  Dept  Phys,  Nanchang  330027,   Peoples  R  China  /  Brookhaven  Natl  Lab,  Dept  Chem,  Upton,  NY  11973   USA     10   WU,  L   15   Cent  S  Univ,  Sch  Met  Sci  &  Engn,  Changsha  410083,  Hunan  Peoples  R   China  /  Jiangxi  Univ  Sci  &  Technol,  Sch  Mat  &  Chem  Engn,  Ganzhou   341000,  Peoples  R  China             Source  :  Web  of  Science.  Traitement  :  Miste   La  Chine  a  également  engagé  un  vaste  programme  de  développement  technologique  dans  le  domaine   du  LiFePO,  comme  en  témoigne  le  nombre  de  demandes  de  brevets  déposées  auprès  de  l’office  national   de  propriété  intellectuelle  (SIPO)  par  les  principales  institutions  de  recherche  du  pays.     Les  10  premiers  déposants  LiFePO  auprès  de  SIPO  au  cours  de  la  période  2000-­2010  (liste  des   25  en  annexe)   Rang   Statut  du   déposant   Nom  du  Déposant   Nombre  de  dépôts  de  brevets   Phosphate  de  Fer   1   Entreprise   BYD  CO  LTD     29   2   Université   UNIV  TSINGHUA     19   3   Université   UNIV  CENTRAL  SOUTH     18   4   Entreprise   SHENZHEN  BAK  BATTERY  C...   13   5   Université   UNIV  FUJIAN     9   6   Entreprise   IRICO  GROUP  CORP     8   7   Entreprise   SHANDONG  HAIBA  COMM  EQ...   8   8   Entreprise   HENGDIAN  GROUP  DMEGC  J...   6   9   Université   UNIV  SHANGHAI  JIAOTONG...   6   10   Université   UNIV  NORTHEAST  NORMAL...   5   Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste  
  • 26.           Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       25     Source  :  Matheo  Patent  et  Espacenet.  Traitement  :  Miste  
  • 27.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       26   Ce   pari   stratégique   de   la   Chine   sur   la   filière   LiFePO   soulève   une   série   d’interrogations   relatives   à   la   propriété   intellectuelle.   Ce   géant   industriel   parviendra-­‐t-­‐il   à   développer   une   industrie   de   façon   autonome  ?   Ou   reconnaitra-­‐t-­‐il   le   caractère   bloquant   des   brevets   fondateurs   déposés   par   Hydro   Québec,  l’université  de  Montréal  et  le  CNRS  ?  Au  début  du  printemps  2011,  il  est  encore  trop  tôt  pour   apporter  une  réponse  univoque  à  cette  interrogation.   L’examen  des  nombreuses  pièces  de  ce  dossier,  à  la  fois  complexe  et  potentiellement  explosif,  permet   tout  au  plus  de  formuler  des  analyses  conditionnées  par  des  hypothèses.   Il   est   tout   d’abord   possible   de   relever   que   la   Chine   a   introduit   une   demande   d’invalidation   sur   son   territoire   de   l’extension   dans   ce   pays   des   brevets   de   Michel   Armand,   précisément   ceux   relatifs   à   la   méthode  du  «  carbon  coating  »  -­‐  protégée  notamment  par  la  demande  internationale  de  brevet  PCT   WO0227824  (Synthesis  method  for  carbon  material  based  on  LIXM1-­‐YM'(XO4)N).  Ce  contentieux  peut   être  interprété  de  2  façons  complémentaires.  Il  marque,  d’une  part,  une  reconnaissance  de  l’importance   de  ces  titres  de  propriété  industrielle  :  seuls  les  brevets  importants  (ou  les  copies  manifestes)  font  en   effet   l’objet   de   procédures   en   opposition.   Mais   ce   contentieux,   selon   un   scénario   développé   par   de   nombreux  experts,  peut,  d’autre  part,  être  interprété  comme  le  signe  d’une  «  guerre  des  brevets  »  à   venir   dans   lequel   ce   pays   aurait   choisi   de   s’engager   pour   s’assurer   l’utilisation   de   technologies   clés   contrôlées  par  des  acteurs  industriels  occidentaux.     Cette   hypothèse   d’une   «  guerre   des   brevets  »   n’est   toutefois   pas   avérée.   Car   si   un   tel   affrontement   pourrait  certes  -­‐  éventuellement  -­‐  permettre  à  la  Chine  de  proposer  sur  son  marché  domestique  des   véhicules   électriques   équipés   de   batteries   lithium   ion   au   LiFePO   qui   empiéteraient   sur   les   droits   de   propriété   intellectuelle   reconnus   dans   les   autres   pays,   une   telle   option   lui   barrerait   certainement   la   possibilité  de  fournir  aux  constructeurs  occidentaux  de  tels  équipements  litigieux.  Il  est  en  effet  fort   improbable  qu’un  constructeur  automobile  européen  ou  américain  commercialise  un  véhicule  intégrant   un  équipement  litigieux  susceptible  de  lui  attirer  un  procès  en  contrefaçon.   L’autre  branche  de  l’alternative  consisterait  donc  pour  la  Chine  à  reconnaître  le  caractère  bloquant  des   brevets  de  Michel  Armand  et  de  négocier  en  conséquence  une  cession  de  licences.   Le  dénouement  de  ce  dossier  sera  riche  d’enseignements.  Il  peut  soit  signer  l’instauration  d’un  régime   conflictuel  entre  l’Occident  et  la  Chine  sur  le  terrain  technologique.  Ou  il  peut  annoncer  une  insertion  de   la  Chine  dans  le  concert  des  nations  en  matière  de  propriété  intellectuelle.  Cette  dernière  perspective  a   évidemment  la  faveur  des  détenteurs  des  droits  d’exploitations  de  ces  brevets,  du  fait  des  royalties  liés   à  une  cession  de  droits  d’exploitation.  Un  tel  dénouement  négocié  représenterait  une  issue  heureuse   pour   les   institutions   de   recherche   publique   -­‐   dont   le   CNRS   -­‐   qui   ont   contribué   à   cette   percée   technologique.    
  • 28.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       27     Partie  2  :  Les  acteurs  industriels     Introduction   De   nombreux   États   affichent   des   objectifs   ambitieux   en   matière   de   développement   du   véhicule   électrique.  Ainsi,  la  France  s’est  fixé  un  objectif  de  2  millions  de  véhicules  hybrides  et  électriques  en   circulation  en  2020  et  la  Chine  un  objectif  de  4  millions  de  véhicules  «  nouvelles  énergie  »  par  an  d’ici   cette   même   date.   Ces   objectifs   s’accompagnent   d’investissements   massifs   dans   la   filière   à   travers   le   financement   de   recherches,   des   incitations   fiscales   à   l’achat   de   véhicules   propres   ou   des   investissements   dans   les   infrastructures   liées   (recharges,   smart   grid…).   Toutefois,   bien   que   les   investissements   étatiques   soient   indispensables   au   développement   des   véhicules   électriques,   les   constructeurs  semblent  souvent  beaucoup  plus  mesurés  dans  leurs  objectifs.   Un  double  constat  est  largement  partagé.  D’une  part,  la  filière  est  encore  en  phase  de  construction.   D’autre   part,   le   marché   des   véhicules   électriques   représentera   dans   les   prochaines   années   une   part   significative  du  marché  de  l’automobile,  et  donc  un  volume  de  ventes  conséquent  qui  ne  laisse  personne   indifférent.   Cette  partie,  présente  d’abord  une  vue  globale  de  la  filière  véhicule  électrique  (section  1).  Elle  effectue   ensuite   un   focus   sur   les   acteurs   principaux   du   marché,   tant   du   côté   constructeurs   automobiles,   que   fournisseurs  de  batteries  (section  2).  Puis  elle  détaille  la  chaine  de  valeur  de  deux  acteurs  importants  du   secteur  (section  3).   Vue  d’ensemble  de  la  filière  des  véhicules  électriques   La  fin  de  la  décennie  2010  peut  être  considérée  comme  un  tournant  dans  le  développement  du  marché   des  véhicules  électriques.  Après  des  années  de  balbutiement,  la  floraison  d’initiatives  lancées  par  les   constructeurs  automobiles  et  les  acteurs  du  monde  du  transport  routier,  comme  la  multiplication  des   modèles  proposés  à  la  vente  ou  annoncés  dans  un  futur,  marquent  le  début  d’une  cristallisation  de  ce   marché.  Les  volumes  concernés  n’ont  certes  encore  rien  à  voir  avec  ceux  des  véhicules  classiques,  c’est-­‐ à-­‐dire  à  moteur  thermique.  Mais  les  perspectives  de  ce  marché  suscitent  déjà  de  solides  ambitions.   Une  carte  stratégique  globale  du  secteur   Le  choix  méthodologique  retenu  dans  cette  étude  a  consisté  à  représenter  la  filière  sous  la  forme  d’un   graphe.  Ce  réseau  d’acteurs  a  été  établi  à  partir  de  l’analyse  des  modèles  de  véhicules  électriques  de   toute  nature  (EV11 ,  HEV12 ,  PHEV13 )  qui  sont  commercialisés  en  2011  ou  annoncés  à  la  vente  avant  2014.                                                                                                                   11  EV  :  «  Electric  Vehicle  »  est  un  véhicule  propulsé  à  100%  par  un  ou  plusieurs  moteurs  électriques.   12  HEV  :  «  Hybrid  Electric  Vehicle  »  est  un  véhicule  propulsé  à  la  fois  par  un  moteur  à  combustion  et  un  moteur  électrique  qui   fonctionnent   en   tandem   dans   le   but   de   diminuer   la   consommation   de   carburant.   Les   batteries   se   recharges   de   façon   autonome.   13   PHEV  :   «  Plug-­‐in   Hybrid   Electric   Vehicle  ».   C’est   un   véhicule   hybride   dont   les   batteries   peuvent   être   chargées   par   branchement  à  une  source  d´énergie  extérieure.  
  • 29.         Structuration  filière  batteries  lithium  ion  automobile   Etat  de  l’art  en  avril  2011       28   Dans  la  carte  stratégique  ainsi  dressée,  les  nœuds  représentent  des  acteurs  et  les  liens  représentent  les   relations  nouées  entre  ces  acteurs.  La  taille  des  nœuds  et  des  liens  reflète  le  nombre  de  véhicules  ou  de   batteries  concernés.   Six  catégories  d’acteurs  ont  été  distinguées14  :   • les  OEM  (constructeurs  automobiles)  ;   • les  Cell  Suppliers  (fabricants  de  batteries)  ;   • les  Pack  Suppliers  (assembleurs  de  batteries)  ;   • les  équipementiers  automobiles  de  premier  rang  concernés  par  les  véhicules  électriques  ;   • les  opérateurs  lithium  ;   • d’autres  acteurs  industriels  qui  interviennent  dans  cette  filière.   Quatre  catégories  de  liens  ont  été  distinguées  :   • les  ventes  ;   • les  liens  capitalistiques  ;   • les  partenariats  de  R&D  ;   • les  liens  internes  unissant  différentes  entités  d’un  même  groupe.     La  première  carte  stratégique  présentée  regroupe  l’ensemble  des  acteurs  qui  ont  été  identifiés  et  qui  ne   sont  pas  isolés,  c’est-­‐à-­‐dire  qui  ont  noué  au  moins  une  relation  avec  un  autre  acteur  de  la  filière.  Restent   après  ce  filtrage,  162  acteurs  dont  la  ventilation  est  présentée  dans  le  tableau  ci-­‐dessous.     Répartition  des  acteurs  par  type  d’activité   Total   Autre   industrie   Cell  Supplier   Equipementier   Auto   OEM   Operateur   lithium   Pack   Supplier   162   7   46   7   76   2   28   Ces  acteurs  sont  liés  par  un  total  de  162  relations dont  la  ventilation  est  présentée  dans  le  tableau  ci-­‐ dessous.     Répartition  par  type  de  lien   Total   Interne   Lien  Capitalistique   R&D   Vente   162   7   49   13   120   Il   faut   noter   que   le   même   nom   d’acteur   peut   être   attribué   à   des   nœuds   distincts.   Cette   répétition   s’explique  par  le  fait  que  l’acteur  concerné  appartient  à  plusieurs  catégories.  Ainsi  A123  est  à  la  fois  Cell   Supplier   et   Pack   Supplier.   De   même,   Renault   apparaît   comme   OEM   et   comme   Pack   Supplier.                                                                                                                 14  Les  États  qui  sont  très  présents  par  le  biais  des  soutiens  qu’ils  apportent  à  leurs  «  champions  nationaux»  n’ont  pas  été   englobés  dans  l’analyse  dans  la  mesure  où  celle  ci  se  focalise  sur  la  dimension  industrielle  de  la  filière.