La Chine, épicentre industriel et scientifique de l’énergie solaire

Source: The Conversation – France in French (2) – By Laëtitia Guilhot, Maître de conférences HDR en sciences économiques, Université Grenoble Alpes (UGA)

Il n’y a pas si longtemps, la Chine était vue comme l’« usine du monde », le pays où les industries européennes étaient délocalisées. Petit à petit, son statut change. Un des secteurs emblématiques est celui de l’énergie solaire photovoltaïque, où l’étape du rattrapage industriel est révolue. Aujourd’hui, la Chine est aussi une usine à innovations.

En 2024, la Chine s’est imposée comme le premier investisseur mondial en recherche et développement (R&D), avec 27,4 % des dépenses totales contre seulement 4 % en 2000. Cette dynamique lui permet de consolider sa position de leader mondial dans un nombre croissant de « technologies critiques », en particulier dans le secteur des panneaux solaires photovoltaïques, où elle atteint 80 % de la production mondiale.

Grâce à une stratégie évolutive et une implication forte et efficace de l’État, la Chine a largement dépassé le stade d’« usine du monde » pour devenir à la fois le leader industriel, technologique et scientifique dans le secteur du solaire photovoltaïque (PV).

L’enjeu pour l’Europe et les États-Unis est dorénavant de ne pas accumuler un retard irrattrapable dans la course à l’innovation, dans ce secteur clé pour la décarbonation de nos économies.

Une domination mondiale de la production

Il n’a pas fallu plus de dix ans à la Chine pour littéralement évincer du marché des panneaux solaires les trois puissances de la fin du XXᵉ siècle : Europe, États-Unis, Japon. En 2002, les parts de marché globales de ces trois puissances étaient d’environ 80 % et celle de la Chine marginale. En 2012, la tendance était déjà inversée, avec 70 % pour la Chine et moins de 10 % pour les trois anciennes puissances solaires.

Depuis, les positions chinoises se sont encore renforcées dans l’ensemble des segments de la chaîne de valeur.

Dotée d’un savoir-faire indiscutable en matière de production de masse, elle s’est concentrée durant la décennie 2000 sur le développement de ses capacités industrielles dans les segments à fort potentiel (wafer, cellules et modules) ; puis, dans les années 2010, sur celui du silicium où sa dépendance extérieure était initialement la plus forte, en facilitant les transferts de technologies étrangères et en recourant à un soutien public massif.

Ainsi, la percée des entreprises chinoises se manifeste aujourd’hui sur les cinq segments de la chaîne de valeur : silicium, lingot, wafer, cellules et panneaux.

schéma — Les étapes de la chaîne de valeur du photovoltaïque à base de silicium.
Elsa Couderc, avec des images Wikipédia, CC BY-SA

Cette position industrielle lui a permis de cibler d’abord la demande occidentale, mais la baisse des subventions sur ces marchés après 2010 a poussé le gouvernement chinois à renforcer la croissance de la demande intérieure, en s’appuyant sur des interventions publiques fortes et ciblées notamment à travers son système de planification et, à partir de 2015, une réforme du marché de l’électricité très favorable aux énergies renouvelables.

Au milieu des années 2010, cependant, des surcapacités de production importantes amènent les autorités publiques chinoises à inciter les firmes nationales à élargir leurs débouchés internationaux en direction des pays en développement, en particulier vers les marchés émergents, notamment le continent africain. Il faut bien noter que cette nouvelle stratégie s’est avérée pertinente grâce à une baisse drastique des coûts du kilowatt-heure photovoltaïque.

En rendant accessible cette énergie aux pays en développement pour répondre à leurs immenses besoins en énergie, la Chine a renforcé son image de puissance responsable.

Par sa capacité à satisfaire la demande nationale et mondiale de panneaux solaires, la Chine contribue ainsi à la transition énergétique et à la décarbonation de l’électricité. En 2024, la puissance du parc installé en Chine a atteint 1 048,5 gigawatts-crête, soit 46,7 % de l’ensemble des capacités installées dans le monde (le watt-crête désigne la puissance nominale d’une installation photovoltaïque dans des conditions optimales d’ensoleillement et de température).

Cependant, on peut toujours s’interroger sur la capacité de la Chine à devenir leader sur des technologies de pointe. Est-elle encore l’atelier du monde dans le photovoltaïque comme ailleurs ou bien a-t-elle, aujourd’hui, généré une capacité à se placer à l’avant-garde de la recherche et de l’innovation ?

La Chine a acquis le leadership technologique

Quatre catégories de technologies solaires photovoltaïques se distinguent, suivant les matériaux utilisés :

le silicium cristallin, qui compte à lui seul pour plus de 97 % du marché total en 2024, avec un rendement de conversion énergétique dépassant les 20 % pour les modules solaires industriels ;
les couches minces – principalement à base de tellurure de cadmium (CdTe), de cuivre, indium, gallium et sélénium (CIGS) ou de silicium amorphe –, qui couvrent 2,2 % du marché total en 2024, avec un rendement plus faible et des usages plus spécifiques ouvrant la voie vers des modules solaires flexibles, légers et performants sous faible éclairement ;
les cellules « émergentes » à colorants, à base de pérovskite hybride et les cellules organiques : aucune n’est encore présente en masse sur le marché ; mais elles sont néanmoins porteuses de promesses en matière de réduction de l’impact environnemental de la production solaire ;
les multijonctions, très performantes, mais encore très coûteuses sont souvent réservées aux applications militaires et spatiales.

Pour ces quatre catégories, la Chine domine quantitativement et qualitativement sur les dépôts de demandes de brevets. Ainsi, entre 1990 et 2022, 40 % des inventions brevetées sont chinoises, sur 57 000 au total. L’effort d’innovation se concentre, en Chine comme ailleurs, sur les cellules émergentes (un peu plus de 28 000 brevets, dont environ 40 % pour la Chine), puis sur la cellule solaire conventionnelle en silicium cristallin de première génération, ou c-Si (près de 20 000, dont environ 50 % pour la Chine).

De plus, la Chine est en tête des citations de brevets pour les cellules c-Si et émergentes : à la fois dans le top 10 % (le seuil caractérisant des inventions « majeures ») et dans le top 1 % (seuil des innovations « de rupture »).

Cette progression rapide et durable de la Chine sur les brevets touchant aux technologies déjà exploitées industriellement permet de conclure que le learning by doing a été le principal moteur de la construction de la prééminence chinoise.

Le photovoltaïque est en effet un secteur où le taux d’apprentissage (baisse du coût pour chaque doublement de la capacité à technologie donnée) est reconnu parmi les plus élevés (de 20 à 30 %, selon une estimation de l’Agence internationale de l’énergie, 2020) et donc parmi les plus propices aux gains d’échelle et de compétitivité pour les firmes et les pays se positionnant sur des technologies bien maîtrisées.

La domination de la Chine se confirme aussi pour les technologies émergentes

La Chine s’impose ainsi comme le premier pôle scientifique mondial dans la recherche sur le solaire de prochaine génération.

Une analyse bibliométrique de la production scientifique dans des revues à comité de lecture sur les segments les plus en pointe – à savoir les cellules solaires émergentes – offre un aperçu de l’effectivité et de la pérennité de la puissance scientifique chinoise. En effet, ces technologies ont le potentiel de briser le quasi-monopole actuel du silicium cristallin, en raison de leurs promesses d’efficacité énergétique, de coûts de production et d’impacts environnementaux plus faibles grâce à des procédés de dépôts peu énergivores et par impression grande surface.

Ainsi, la Chine a réalisé en 2023 plus de 50 % de la production scientifique sur les pérovskites hybrides (la technologie émergente la plus dynamique depuis 2012) et 55 % pour le photovoltaïque organique. Les cellules solaires à colorant connaissent un déclin relatif depuis 2014. La Chine y avait atteint un pic de publications, avant d’être dépassée par l’Inde en 2021 – un recul qui s’explique principalement par le report des efforts de recherche vers les pérovskites hybrides.

Dans le domaine du photovoltaïque, comme dans d’autres, il n’est pas incongru de parler d’un « choc chinois ».

En 2018, l’administration américaine a adopté la China Initiative, dont l’objectif affiché était de lutter contre l’espionnage scientifique et industriel en restreignant les collaborations scientifiques avec des chercheurs chinois. Mais l’effet principal de cette tentative d’isolement de la recherche chinoise a été un redéploiement des collaborations vers les partenaires alternatifs aux Américains, en particulier la Corée du Sud et l’Allemagne permettant la croissance continue de la production scientifique chinoise contrairement à celle des États-Unis, qui décline depuis cette date.

Qui plus est, une proportion croissante des publications les plus citées dans les journaux les plus prestigieux est désormais réalisée par des équipes uniquement chinoises, hors collaborations internationales, ce qui confirme son autonomie scientifique grandissante.

Le projet Transition énergétique en Chine : Nouvelles orientations économiques et politiques – TEChNOPE (ANR-18-CE05-0011) est soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Laëtitia Guilhot a reçu des financements de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR)

Guillaume Wantz a reçu des financements de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Pierre Berthaud a reçu des financements de l’Agence Nationale de la Recherche

André Meunié et Marina Flamand ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.

– ref. La Chine, épicentre industriel et scientifique de l’énergie solaire – https://theconversation.com/la-chine-epicentre-industriel-et-scientifique-de-lenergie-solaire-283717