Énergie et Innovation : où allons nous ?

Les innovations énergétiques qui aboutissent et prospèrent peuvent avoir des retombées économiques et sociales considérables. Les marchés mondiaux des technologies telles que les batteries, les transformateurs, les turbines, les moteurs et les échangeurs de chaleur se chiffrent en milliers de milliards de dollars.

Aujourd’hui, l’innovation est d’abord axée la sécurité énergétique qui devance la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et l’augmentation de la performance économique.

Un peu d’histoire

Depuis sa maîtrise du feu, l’homme ne cesse d’utiliser de l’énergie pour des activité très diverses : cuisson (et conservation) des aliments, fabrication d’outils ou d’armes, chauffage, mobilité …

Aujourd’hui l’énergie est indispensable pour d’innombrables activités, produits et procédés que ce soit pour l’individu ou la collectivité.

L’innovation dans le secteur de l’énergie est un processus qui se déroule sur le temps long. Pour exemple : la recherche sur les batteries lithium-ion a d’abord été financée par des fonds publics dans les années 1970, le premier brevet a été financé par le gouvernement britannique en 1981 et la première commercialisation remonte à 1991.

Le secteur de l’énergie en chiffres

Avec un marché annuel de plus 10.000 milliards de dollars le secteur de l’énergie a un poids substantiel dans l’économie mondiale : les dépenses énergétique représentent 10 % du PIB global. L’ensemble des entreprises du secteur emploient 76 millions de travailleurs soit 5 % de la population active mondiale.

Les investissements devraient atteindre 3.300 milliards de dollars en 2025 dont les deux tiers seront affectés aux technologie « propres » : énergies renouvelables, énergie nucléaire, combustibles à faible émission, électrification des usages (industrie, mobilité), stockage des énergie intermittentes, etc..

Ces investissements sont concentrés en Chine (30%), aux États-Unis (20%), dans l’Union Européenne (15%)

L’innovation dans le secteur énergie aujourd’hui

La recherche de nouvelle ressources, l’amélioration ou l’invention de nouvelles technologies résultent de l’émergence de nouveaux usages, de la pression de contraintes politiques ou environnementales.

Cela dit l’innovation dans le secteur de l’énergie porte autant sur la sécurité des approvisionnement que sur l’évolution des besoins (professionnels et domestiques), la compétitivité industrielle, le commerce, la préservation de l’environnement et les investissements dans des infrastructures nouvelles ou remaniées.

En 2025  l’agence Internationale de l’Énergie (AIE) a recensé plus de 150 innovations énergétiques majeures qui témoignent d’une activité intense du secteur, notamment dans les domaines des cellules photovoltaïques à pérovskite (pouvant atteindre un rendement de 30 %), des batteries sodium-ion et de la géothermie de nouvelle génération.

On trouvera ici des exemples marquants de progrès technologiques/significatifs réalisés au cours de l’année 2025 en reprenant la typologie de l’AIE.

Recherche et prototypage

Principaux faits saillants de l’année 2025 dans le domaine de la recherche scientifique et des essais préliminaires (jusqu’au niveau 6 de l’échelle TRL*) : *TRL = Technology Readiness Level, en français niveau de maturité technologique

• Progrès dans les technologies du silicium cristallin et du tandem silicium-pérovskite qui permettent d’atteindre des rendements élevés (30%) pour les cellules photovoltaïques.
• Premier système de refroidissement élastocalorique d’une puissance d’un kilowatt démontré à l’échelle commerciale : les systèmes de refroidissement élastocaloriques ont un rendement supérieur aux cycles de compression de vapeur classiques et évitent l’utilisation de fluides frigorigènes à effet de serre.
• Batteries lithium-ion haute performance à faible teneur en minéraux critiques : les cathodes riches en manganèse peuvent remplacer d’importantes quantités de minéraux critiques tels que le nickel et le cobalt
• Production à haut rendement de graphite sphéroïdal (de qualité batterie) issu de la biomasse : l’objectif est de produire un matériau d’anode à haute densité énergétique avec une ressource alternative.
• Avancées vers la fusion nucléaire par confinement magnétique.

Expérimentations pilotes et démonstrations avec élévation du niveau de maturité technologique (de TRL 6 à TRL 9)

• Mise en service de la plus grande batterie thermique industrielle (capacité de stockage : 100 MWh)
• Démonstration du stockage géologique d’hydrogène : le stockage souterrain d’hydrogène à grande échelle comble le chaînon manquant entre la production variable d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables intermittentes et son utilisation continue dans la production d’électricité et pour l’industrie.
• Mise en service commerciale d’un terminal de transport de CO2 vers un centre de stockage : le captage et le stockage du carbone à grande échelle permettent ma conservations souterraine permanente du CO2 provenant des installations industrielle (solution marginale pour réduire les émissions des secteurs où d’autres alternatives sont techniquement impossibles.
• Finalisation de la plus grande installation de conversion hydrothermale (pyrolyse hydraulique) au monde au Canada (25.000tonnes/an) : ce procédé de transformation de la biomasse convertit les co-produits biologiques résiduels en carburants neutre en carbone et en matières premières industrielles. C’est une alternative aux combustibles fossiles pour les transports, l’industrie et la production de matériaux.
• Démonstration de systèmes géothermiques améliorés opérationnels dans des conditions extrêmes : ces nouveaux systèmes ouvrent la voie à une nouvelle génération de centrales géothermiques, avec une meilleure extraction de chaleur par puits et, par conséquent, une augmentation de l’efficacité de la production d’énergie.
• Utilisation d’hydrogène pour la réduction directe du minerai de fer et la production d’acier : perspective de remplacement des hauts fourneaux à charbon.
• Nouvelles chaudières électriques pour la production d’aluminium : alternative aux chaudières à combustibles fossiles utilisées dans le raffinage de la bauxite en alumine – un procédé très énergivore.
• Kite-propulsion pour les navires : l’utilisation du vent pour la navigation permet de réduire la consommation de carburant fossiles. Certaines technologies de propulsion éolienne sont déjà en phase de commercialisation comme les voiles cylindriques installées sur le pont des navires.

Nouveaux produits et procédés mis sur le marché

• Développement d’un système de climatisation stockant l’énergie par découplage de la déshumidification et du refroidissement.
• Production en série de la plateforme recharge de véhicules électrique ultra-rapide, réduisant les temps de recharge à un niveau équivalent à celui d’un plein d’essence.
• Unité de stabilisation du réseau électrique avec des super-condensateurs pour délivrer la puissance active et réactive pou le soutien de la tension et de la fréquence du courant.
• Procédé de détection des émissions de méthane en temps réel déployé à l’échelle mondiale.
• Commercialisation de batteries sodium-ion pour de nombreux secteurs.

Les brevets : indicateurs des tendances de l’innovation

Si le dépôt de brevets est un indicateur des changements technologiques, l’innovation dans le domaine des batteries se démarque dans le secteur de l’énergie et au-delà.

La part des brevets énergétiques représentée par le stockage de l’énergie est en hausse, atteignant 40 % en 2023. Ce taux devrait encore augmenter en 2024 et 2025. Il apparaît qu’aucune autre technologie énergétique n’a jamais occupé une place aussi prépondérante, ce qui témoigne de l’importance stratégique du stockage pour la sécurité énergétique moderne, pour la politique industrielle et pou les infrastructures de réseau, dans un contexte de forte croissance de la demande mondiale d’électricité.

La Chine, la Corée et le Japon demeurent les principaux pays déposant des brevets sur les batteries lithium-ion, bien que leurs contributions relatives aient évolué. En 2010, le Japon déposait la moitié des brevets relatifs aux matériaux de cathode ; en 2022, sa part était tombée sous la barre des 10 %. Sur la même période, la part de la Chine est passée de 4 % à près de 40 %.

Par ailleurs les sous-domaines de protection industrielle de l’énergie solaire évoluent. Depuis 2010, le nombre de brevets déposés pour les cellules photovoltaïques en silicium cristallin a diminué, tandis que celui des brevets pour les cellules solaires en pérovskite a augmenté, représentant désormais plus de 70 % de l’ensemble des brevets de cellules solaires.

La Chine est en tête du classement mondial des brevets de pérovskite, suivie de la Corée et du Japon. En 2025, la pérovskite a franchi plusieurs étapes importantes en matière d’innovation, notamment la première cellule solaire au monde atteignant un rendement de 33 % et présentant des dimensions commercialisables. Bien qu’elle ne soit pas censée supplanter le photovoltaïque cristallin, elle pourrait contribuer à l’expansion du marché global du photovoltaïque.

Les financements de l’innovation énergétique marquent le pas

Après des années de croissance, le financement de l’innovation énergétique semble entrer dans une phase de ralentissement et de réorientation des priorités. Les dépenses publiques mondiales de R&D énergétique ont diminué en 2024 par rapport à leur récent pic de 2023 et l’AIE estime prévoit une nouvelle baisse de 2 % à 55 milliards de dollars pour 2025.

Cette baisse s’explique en partie par les importants engagements pris récemment dans le cadre du budget de l’UE pour 2023 en faveur de projets de démonstration, mais reflète également les coupes budgétaires du gouvernement fédéral américain.

Des tendances régionales différentes

Chine

La volonté de la Chine de privilégier la croissance par l’innovation se mesure par ses investissements, ses brevets et ses progrès technologiques.

L’augmentation des dépenses de recherche et développement (R&D) énergétique des entreprises chinoises explique la quasi-totalité de la croissance mondiale de la R&D énergétique des entreprises au cours de la dernière décennie. Elles représentent désormais 60 % de la R&D des entreprises dans les secteurs de l’approvisionnement énergétique et des infrastructures.

Les dépenses publiques de la Chine en matière de R&D énergétique sont comparables à celles de l’Europe, avec un nombre de brevets déposés est aujourd’hui beaucoup plus important : les inventeurs chinois ont déposé deux fois plus de demandes de brevets internationaux dans le domaine de l’énergie en 2023 qu’en 2020, atteignant ainsi le double du niveau des États-Unis, du Japon ou de l’Europe.

Le dépôt de brevets chinois est particulièrement axé sur le stockage de l’énergie et l’efficacité énergétique industrielle. La Chine a franchi plusieurs étapes importantes en matière d’innovation en 2025, notamment en améliorant le record d’efficacité des cellules solaires tandem en pérovskite, en démontrant le premier système de climatisation élastocalorique d’une puissance d’un kilowatt et en planifiant la construction de la première éolienne flottante de 50 MW.

Europe

Les dépenses de R&D énergétique de l’Union Européenne ont progressé régulièrement pour se rapprocher de 0,1 % de son PIB. Les dépenses publiques de R&D montrent que l’Europe a pris de l’avance sur les États-Unis et le Japon ces dernières années (0,08 % du PIB).

L’efficacité énergétique et les technologies nucléaires représentaient plus de la moitié des 19 milliards de dollars de dépenses publiques européennes en R&D énergétique en 2024.

En revanche, le nombre de brevets déposés dans les principales technologies énergétiques a diminué dans les principaux pays européens.

Dans les domaines les plus dynamiques européens on trouve le stockage souterrain d’hydrogène, l’électrification industrielle, la stabilisation des réseaux électriques, le stockage du CO2, les carburants de synthèse, la détection du méthane et l’énergie de fusion nucléaire.

États-Unis

Les États-Unis contribuent au moteur de l’innovation énergétique mondiale. Malgré la réorientation des priorités en matière de R&D énergétique assumée par le gouvernement Trump-2, les États-Unis gardent leurs atouts dans l’écosystème d’innovation énergétique grâce à une répartition des dépenses d’innovation énergétique entre le gouvernement, les entreprises et les investisseurs en capital-risque plus équilibrée que dans les autres pays.

Près de 50 % des investissements mondiaux en capital-risque dans le secteur de l’énergie en 2025 ont été levés par des start-ups américaines, une part plus élevée qu’en 2024, principalement grâce à des investisseurs basés aux États-Unis.

Les brevets déposés par les États-Unis en matière de technologies énergétiques couvrent également de multiples domaines technologiques. Parmi les innovations américaines marquantes de 2025, on peut citer la plus grande batterie thermique à l’état solide, les techniques de forage géothermique , les améliorations apportées aux batteries lithium-ion avec une réduction du nickel et du cobalt, l’aéronautique.

Japon

Le Japon accorde une place prépondérante à la recherche et au développement dans le secteur de l’énergie et les innovateurs japonais s’efforcent de conserver leur avance dans le domaine des batteries.

Le Japon affiche un taux de dépôt de brevets élevé pour les batteries. Une entreprise japonaise figure parmi les leaders pour une voiture électrique à batterie solide.

Après la Chine, le Japon est le pays qui dépose le plus de brevets dans le domaine des énergies bas carbone, devant l’ensemble de l’Europe. Grâce à des investissements stables, notamment la composante R&D du fonds de 75 milliards de dollars pour la transformation verte, le Japon est bien positionné dans les secteurs émergents tels que le solaire pérovskite, la fusion et les carburants à base d’hydrogène. On notera aussi qu’une entreprise japonaise a d’ailleurs réalisé les premiers essais à grande échelle d’un moteur marin à ammoniac en 2025.

En conclusion

Les nouveaux concepts et technologies énergétiques trouveront leur place à condition qu’ils soient soutenues par la protection des droits de propriété intellectuelle, la disponibilité d’une expertise locale, la coopération internationale et le développement d’écosystème industriels et de chaînes d’approvisionnement robustes. Outre la comparaison directe des coûts, la performance des nouvelles technologies repose sur des critères comme la facilité d’utilisation, la performance environnementale, la conformité aux réglementations à venir, la rapidité de déploiement et l’acceptabilité sociétale.

Principales Références

• The State of Energy Innovation IEA 2026
• Global Economic Prospects World Bank (2026)
• World Energy Investment 2025 IEA
• International Energy Agency, IEA (May 2024). “Strategies for Affordable and Fair Clean Energy Transitions”

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