Les filières industrielles dans les énergies intermittentes

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes & prospective de l’industrie française photovoltaïque Mission Prospective Technologique -‐ Avril 2011 Auteurs : Guillaume Ebel et Yann Gérard Master 2 Management de la Technologie et de l’Innovation

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Table des matières 1. Introduction ........................................................................................................................4 2. Etat de l’art des technologies .............................................................................................5 2.1. L’électricité solaire photovoltaïque .............................................................................5 2.2. L’électricité solaire thermodynamique..................................................................... 14 2.3. L’électricité éolienne : les éoliennes terrestres et offshore ..................................... 19 2.4. Synthèse: Comparatif des trois technologies ........................................................... 25 3. Système socio-‐économique : où en est l’industrie française ? ........................................ 26 3.1. Une structure industrielle française déséquilibrée ? ................................................ 26 3.2. Contexte français du mix énergétique, politique environnementale et besoin des énergies intermittentes ...................................................................................................... 28 3.3. Les différents mécanismes incitatifs dans les énergies françaises et leurs filières... 31 3.4. L’industrie solaire photovoltaïque ............................................................................ 32 3.5. L’industrie Solaire thermodynamique ...................................................................... 42 3.6. L’industrie de l’Eolien terrestre et offshore.............................................................. 47 3.7. Synthèse : comparatif des trois industries................................................................ 55 4. Etude prospective de l’industrie photovoltaïque ............................................................ 56 4.1. Perspectives et tendances : quelles sont les prévisions ? ......................................... 56 4.2. Les variables clés de l’industrie photovoltaïque française........................................ 59 4.3. Construction des scénarios ....................................................................................... 63 4.4. Scénario Nuageux ..................................................................................................... 65 4.5. Scénario ensoleillé .................................................................................................... 68 5. Conclusion : Orientation stratégique............................................................................... 71 6. Sources utilisées .............................................................................................................. 74 6.1. Entretiens réalisés..................................................................................................... 74 6.2. Colloques .................................................................................................................. 74 6.3. Bibliographie............................................................................................................. 74 6.4. Webographie ............................................................................................................ 75 6.5. Matrice MICMAC ...................................................................................................... 78 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 2

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Remerciements Nous tenons à chaleureusement remercier toutes les personnes rencontrées pour cette étude. Leurs remarques et conseils nous ont été d’une grande aide. Monsieur Paul Lucchese de la Direction des Energies Nouvelles du CEA, pour avoir commandité cette étude et pour les orientations stratégiques qu’il a proposées. Monsieur Yvan Faucheux, Directeur de Programmes au Commissariat général de l’Investissement, pour nous avoir transmis ces informations riches sur la réalité industrielle des énergies intermittentes. Monsieur Patrice Geoffron, Professeur d’économie à l’Université Paris Dauphine, pour nous avoir guidés dans une approche économique du secteur de l’énergie. Monsieur Arnaud Chaperon, Directeur des Energies Nouvelles chez Total, pour nous avoir fait partager sa vision stratégique de l’industrie et du marché du photovoltaïque. Monsieur Alexis Gazzo, Manager senior au service des énergies de chez Ernst&Young, pour son expertise technologique et sa connaissance du marché de l’énergie en particulier celui du solaire concentré. Monsieur Nihal Ouerfelli, Maître de conférences à l’INSTN, pour avoir permis d’assister à la conférence du Syndicat des Energies Renouvelables. Monsieur Michel Dugor, ancien maire adjoint d’Hennebont pour avoir rendu possible l’entretien avec Monsieur Dominique Ramard. Monsieur Dominique Ramard, Conseiller Régional Bretagne Ecologie et Président du groupe Bretagne Ecologie pour tous ces renseignements sur l’éolien et l’appel d’offre Offshore. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 3

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 1. Introduction Les tendances actuelles de consommation et d’utilisation des énergies ne sont clairement pas soutenables tant économiquement qu’écologiquement. La photographie instantanée du secteur de l’énergie peut être aujourd’hui double. D’un côté le pétrole qui reste omniprésent avec une demande qui continue de grimper et cela malgré sa disparition progressive certes mais tout à fait inéluctable. De l’autre, une énergie nucléaire qui après Fukushima peut sérieusement voir son hégémonie contestée. L’époque est donc à la révolution énergétique qui implique de redessiner les enjeux industriels du secteur. Aujourd’hui, dans le domaine des énergies, il n’y a pas un secteur technologique qui ne propose pas des solutions pour fabriquer de l’énergie plus propre ou moins chère, de la chimie à la physique en allant vers les énergies marines. L’offre est aujourd’hui pléthorique, même si leurs arrivées sur le marché s’étalent parfois sur plusieurs décennies. Mais au-‐delà de cette quête technologique de fournir d’autres énergies, il y a des secteurs industriels qu’il faut réorienter ou construire afin que chaque pays puisse pérenniser son industrie et donc ses emplois. Le gouvernement français y est très soucieux, d’autant plus que la période électorale de 2012 se rapproche. Quelles filières industrielles faut-‐il soutenir, et avec quels moyens ? Cette étude commandée par le CEA par l’intermédiaire de Monsieur Paul Lucchese du Programme des Nouvelles Energies s’attachera à donner une vision prospective avec comme horizon 2020. Elle se limitera aux secteurs du photovoltaïque, du solaire à concentration et à l’éolien Onshore et Offshore. Un état de l’art très complet, documenté et illustré de ces trois domaines sera dans un premier temps réalisé. Il permettra de comprendre où en est chaque technologie sur l’échelle des roadmaps technologiques. Cet état de l’art mettra en relief le degré de maturité de ces technologies. Puis, de façon plus spécifique, une étude socio-‐économique centrée sur la France sera menée. Le contexte politique, environnemental et industriel sera expliqué pour chacun des trois secteurs choisis. Tous les mécanismes incitatifs seront mentionnés et détaillés. Et à la fin de chaque partie, des synthèses comparatives résumeront et apporteront une conclusion qui illuminera la compréhension. Enfin, sur le secteur du photovoltaïque une étude prospective sera proposée. Ce secteur a été choisi par notre porteur de projet car il correspond, plus encore que les autres, aux interrogations et aux recherches du CEA. L’outil MICMAC de Michel Godet, titulaire de la chaire de prospective stratégique du CNAM et co-‐directeur du Laboratoire d’Innovation, de Prospective Stratégique et d’Organisation a été utilisé afin de faire ressortir les variables clés du système. Ces variables seront les pierres architecturales de la construction de deux scénarios prospectifs. Dans une vision pessimiste, les manquements des différents acteurs et les mauvais choix politiques ou technologiques conduiront à l’échec de la construction d’une filière industrielle française. Puis, dans une vision optimiste, les acteurs mettront en place toute une stratégie afin de pérenniser une filière française dans le secteur du photovoltaïque. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 4

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 2. Etat de l’art des technologies Avant-‐propos : Le soleil est l’étoile centrale de notre système solaire. Autour de lui gravitent l’ensemble des planètes dont la Terre. Son âge est estimé à 4,6 milliards d’années et sa durée de vie à environ 8 autres milliards d’années. Dire qu’il s’agit d’une ressource d’énergie inépuisable est donc scientifiquement faux mais redimensionné à l’échelle humaine, on peut considérer que cela est vrai. C’est assurément notre plus grande source d’énergie. Son énergie peut être convertie en chaleur ou en électricité. L’étude ne s’intéressera qu’à la production d’électricité. Deux possibilités existent alors pour transformer l’énergie solaire en énergie électrique : o Soit concentrer les rayons solaires qui serviront à chauffer un corps afin de transformer l’eau liquide en eau vapeur qui actionnera une turbine pour produire de l’électricité. o Soit utiliser l’effet photoélectrique de certains matériaux pour produire de l’électricité. Le vent est une énergie d’origine solaire. Le soleil réchauffe inégalement la surface terrestre et crée donc des zones ayant des températures différentes. C’est ces différences de température qui vont être à l’origine des déplacements d’air et donc du vent. 2.1. L’électricité solaire photovoltaïque Principe de fonctionnement : L’effet photoélectrique a été observé pour la première fois par Antoine Becquerel en 1839. Lorsque les photons frappent certains matériaux, ils délogent des électrons des atomes de ces matériaux. Ce sont ces électrons qui vont former le courant électrique. Cette découverte fut utilisée pour la première fois en 1954 pour produire de l’électricité pour alimenter le réseau téléphonique Figure 1 : Types de cellules PV – Source installé en zone isolée. Veolia Les cellules photovoltaïques sont constituées de matériau semi-‐conducteur tel que le silicium. Les cellules sont assemblées en série en modules puis en panneaux recouverts de feuilles de verre et enchâssés dans un pourtour d’aluminium. La production de panneaux photovoltaïque (PV) mobilise donc quatre segments d’activité différents : • la production de silicium • la production de lingot / wafer / cellules • la production de panneaux ou modules et leur connectique • l’installation, le système et la maintenance Les différentes technologies : Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 5

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Il existe plusieurs types de modules répartis sur trois générations (Source INES -‐ IAE) • Les modules solaires monocristallins (mono cSi) : 33% du marché Le silicium est fondu et refroidi doucement. On obtient un seul cristal de silicium. ère1 Plus cher à fabriquer, il possède le meilleur rendement au m2 : Génération 24% laboratoire – 17% usage commercial • Les modules solaires polycristallins (multi cSi) : 53% du marché Le silicium est fondu et refroidi rapidement ce qui le constitue de plusieurs couches de cristaux. Moins cher à fabriquer, son rendement est aussi moins bon : 19% laboratoire – 15% usage commercial • Les modules solaires amorphes (a c Si) : 4% du marché Ce module est non cristallisé mais absorbe beaucoup plus de lumière qu’un silicium cristallisé. Constitué d’un film d’un seul millimètre, son rendement est deux fois moindre que le silicium cristallin : ème 12% laboratoire – 8% usage commercial, mais son prix de revient est plus bas. 2 • Les modules solaires Silicium en ruban (EFG) : 3% du marché Génération Cette technique permet de s’affranchir des lingots en cristallisant du silicium fondu sur un ruban souple. La consommation de silicium est divisée par deux et son rendement est intéressant : 27% laboratoire – 11% usage commercial • Les modules solaires en couche mince à base de tellure de cadmium (Cd Te) : 6% du marché ; ou de diséléniure de cuivre et d’indium (CIGS) : 1% du marché Ils absorbent très fortement la lumière et peuvent être déposé en couches minces. Leurs rendements sont pour l’instant faibles, 15% laboratoire – 9,5% usage commercial, ils nécessitent plus de surface à rendement égal. • Les modules solaires émergents : DYE et organiques : 0% du marché Ces cellules dites de type Graetzel, imitent la photosynthèse, en utilisant une teinture (DYE) qui lâche un électron, démarrant un courant électrique. Les ème3 rendements sont faibles mais en croissance : Génération 9% laboratoire – 2,5% usage commercial • Les modules solaires hybrides hétérojonctions (HIT) : 0% du marché Grâce à ces modèles hybrides composés de film de silicium amorphe recouvrant un substrat de silicium cristallin, on atteint les meilleurs rendements jusqu’à 40% en laboratoire. Ils sont commercialisés avec des rendements de 18%. leur processus de production reste très complexe (1). 1 http://solar.sanyo.com/hit.html Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 6

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 2 : Rendement maximum en laboratoire des différentes technologies photovoltaïques – Source NRELLes incertitudes: • Coût du silicium La purification du silicium utilisé pour les panneaux monocristallin est un processus très énergivore (150 kWh/kg) et donc cher (100 $/kg). Pour y parer les industriels (tel qu’IBM) recyclent aujourd’hui les déchets très purs de silicium issus des puces électroniques, pour le refondre. Mais cette source ne couvrent pas la totalité des besoins (55% -‐ Source INES). Il y a également un gâchis de l’ordre de 50% de silicium perdu lors de la découpe des cellules dans les lingots. Pour y faire face, des entreprises françaises notamment ont développé des techniques de découpe très précises permettant de limiter les pertes de manière significative (Photowatt -‐ Emix). • Approvisionnement Si le silicium des wafers peut être fourni de manière quasi illimitée car il est abondant (sable), ce sont les métaux rares tel que l’argent nécessaire aux électrodes des cellules qui risquent de poser des problèmes d’approvisionnement en cas de fabrication massive (Feltrin and Freundlich, Houston University 20082). Pour les couches minces CdTe et CIGS, les quantités de tellurium (Te) et d’indium (In) sont limitées sur Terre, ce qui pourrait être un facteur empêchant leur développement. • Toxicité Le Cadmium de tellurium rejette des particules toxiques pour l’homme. Ainsi, leurs diffusions dans les cellules couches minces portent donc à controverse. Les coûts : Les paramètres économiques importants pour le photovoltaïque sont : • le coût de fabrication du module • le total des coûts de l’installation 2 Material considerations for terawatt level deployment of photovoltaics -‐ Feltrin and Freundlich, 2008, Elsevier p. 182 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 7

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • le prix de l’électricité • les tarifs de rachat • l’EPBT (Energy Pay-‐Back Time -‐ Voir plus bas) Nous avons vu que la production du silicium purifié est chère. Mais du fait de l’augmentation de la capacité de production des fournisseurs dans le monde, le prix du silicium est passé de plus de 200 $ le kilo en 2008 à moins de 100$. Le coût de fabrication d’une cellule PV cristallin compte pour 60% du prix du silicium (Rogol 2008). Ainsi il est complètement corrélé au cours du marché et ne cesse de chuter : de près de 15 $/Wc en 1982 il a baissé à 4 $ en 2003, et oscille en 2010 entre 2 et 3 $. Ce sont les nouvelles techniques de couches minces (sans silicium) qui révolutionnent les coûts de production : en 2009 le groupe américain First Solar (CdTe) réussi à produire des modules à 0,98 $/Wc. La croissance du marché des modules photovoltaïques fait chuter les prix. Ainsi le prix de vente moyen d’un module est passé de 6€/Wc en moyenne en 2000 pour moins de 3€/Wc aujourd’hui (Source : solarbuzz.com), soit une division d’un facteur 2 en 10 ans. Pour certaines grosses commandes, le prix est tombé sous les 1,5€/Wc. Figure 3 : Courbe d’expérience du photovoltaïque de 1979 à 2005 -‐ Source NREL La courbe d’expérience du photovoltaïque représente la réduction de coût pour un doublement de la production cumulée. De 1979 à 2005 le taux dexpérience est quasiment fixe à 20%. Il faut savoir que le coût des modules photovoltaïques ne représente que 50% dans la répartition des coûts pour une installation connectée au réseau. Le reste se décompose en : • 15% pour londuleur, • 15% pour le matériel électrique • 10% pour le support des modules PV • 10% en frais dinstallation (Source INES) Aujourd’hui plusieurs sources s’accordent pour un coût total d’installation variant entre 3,5 € et 5 €/Wc (2009 –pvresources.com), dépendant de la technologie utilisée. La part des frais d’installation, de préparation du site ou du bâti, peut être beaucoup plus élevée. On estime aussi les coûts opérationnels et de maintenance à généralement 1 % du total de l’investissement. Selon les pays, on peut bénéficier de mesures incitatives telles que des crédits d’impôts qui vont largement influer sur le coût par kWc. Le cas de la France sera ainsi traité dans l’analyse du système socio-‐économique. Le prix de l’électricité produite va ensuite directement dépendre de l’ensoleillement du lieu d’installation. En France, sur un an, le Nord compte en moyenne 800 heures densoleillement maximal pour 1.200 heures dans le Midi (jusqu’à 2200 heures dans le Sahara). Donc un panneau de 1 kW produira 1.200 kWh par an dans le Midi de la France. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 8

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Le prix de l’électricité produite peut se résumer à la formule suivante : o I étant l’investissement initial o Ka : facteur d’actualisation o Kem : taux de maintenance (1%) o Nh : énergie annuelle produite Les experts estiment que dans le meilleur des cas, c’est à dire pour de grosses installations qui bénéficient de coûts d’échelle, le prix de l’électricité produite va de : • 0.29 €/kWh dans le nord de l’Europe à • 0.15 €/kWh dans le sud en 2010. Pour les particuliers, le prix reste à environ 30 cents par kWh en moyenne en France, soit 3 fois plus que le prix dEDF (en France 11 centimes deuros par kWh). Un peu partout dans le monde, cest le même surcoût de 2 à 5 fois lélectricité classique. (Source EPIEA – Greenunivers.com) Selon la courbe d’apprentissage et les spécialistes, la parité réseau, c’est à dire un prix de production équivalent à celui de l’électricité classique (entre 10 et 20 cents/kWh selon les pays), sera atteint en 2020, lorsque les coûts de production du module seront inférieurs à 1$. Empreinte environnementale : EPBT : Energy Pay-‐back Time. Combien de temps un panneau photovoltaïque doit-‐il fonctionner avant que l’énergie produite soit égale à la quantité dénergie utilisée pour sa fabrication? Daprès l’EPIA3, cela dépend de plusieurs facteurs (exposition, pays, etc.) mais globalement : • Il faut de 2 à 4 ans pour un système PV poly cristallin. • Il faut moins de 15 à 18 mois pour un système PV amorphe. Figure 4 : énergie grise incorporée dans les systèmes photovoltaïques -‐ NREL 2007 Avec une durée de vie de 30 ans, on peut dire quun système photovoltaïque va produire de lélectricité sans aucune pollution pendant près de 90% de sa vie. Par rapport au bilan carbone d’un panneau photovoltaïque, l’ADEME donne en janvier 2007 la valeur de 55 gCO2 / kWh photovoltaïque sCi, prenant en compte un cycle de vie de 20 ans. Lémission de CO2 par kWh représenterait selon le type considéré de 7 à 37 % des émissions par kWh produit par une centrale thermique classique mais pratiquement 10 fois plus qu’une centrale nucléaire à 6g CO2/kWh. Production industrielle et brevets : qui contrôle la technologie ? 3 EPIA Compared assessment of selected environmental indicators of photovoltaic electricity in OECD cities. -‐2008 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 9

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Ce classement évolue extrêmement rapidement. Tiré par la demande, le marché du photovoltaïque augmente en moyenne de 46% par an en capacité de production (Source BCG). Suntech est passé en 2010 à plus de 1GW de capacité de production, suivi par Sharp et Q-‐Cells qui annoncent les mêmes ambitions. Classement 2009 en capacité de production : 1. 1100.0 MW First Solar (USA) 2. 704.0 MW Suntech Power (Chine) 3. 595.0 MW Sharp (Japon) 4. 586.0 MW Q-‐Cells (Allemagne) 5. 525.3 MW Yingli Green Energy (Chine) 6. 520.0 MW J A Solar (Chine) 7. 400.0 MW Kyocera (Japon) 8. 399.0 MW Trina Solar (Chine) 9. 397.0 MW SunPower (USA/Philippines) 10. 368.0 MW Gintech (Taïwan) (Source Photon International 2009) Les quatre pays « champions » du photovoltaïque sont les USA, le Japon, l’Allemagne et la Chine. Les 3 premiers sont les pays producteurs historiques qui tirent l’innovation. • Le Japon avec Sharp, Kyocera, Sanyo, Mitsubishi a longtemps cumulé plus de 50% du marché mondial. Sanyo se concentre aujourd’hui sur les cellules HIT de dernière génération, avec les plus hauts rendements du marché. • Les USA sont aussi positionnés sur les dernières technologies de couches minces telles que First Solar en CdTe et Nanosolar en CIGS. • La Chine, grâce à une capacité d’investissement extraordinaire a rapidement su capter le marché du silicium solaire, la majeure partie en tant qu’assemblier, mais produisant également des cellules grâces aux nombreuses synergies possible avec le silicium électronique. Elle domine aujourd’hui la production mondiale avec 27% des 30 GW de capacité mondiale. D’une manière générale, et dans le monde entier, de nombreuses sociétés notamment des ETI allemandes, japonaises et chinoises se lancent dans la fabrication de modules, ou assurent la simple encapsulation des cellules, profitant du dynamisme du marché. Les pétroliers aussi tels BP, Total et Shell ont rapidement investis dans le photovoltaïque par le biais de fusions et acquisitions (Solarex pour BP Solar, Siemens pour Shell). Total a été un pionnier avec Solems (Sia) et avec Total Energie Nouvelles, possédant une usine de production avec Electrabel en Belgique et investissant dans de nombreuses start-‐up. Les grands verriers sont également actifs : Schott et St. Gobain Solar Glass avec la fabrication de modules intégrés au toit. En terme de propriété industrielle, le Japon est de loin dominateur en nombre de brevets sur le photovoltaïque, suivi par les USA, l’Allemagne, la Corée et la France en cinquième position (Rapport EPO 2009). Depuis 2006, la Corée possède une stratégie très agressive de dépôt de brevets sur les dernières générations de cellules multi jonctions. De ce classement on peut voir la Chine en tant que grande absente, elle possède cependant des brevets dans les procédés mais pratiquement aucun dans les matériaux. Certains grands fabricants tels que Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 10

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique First Solar ont fait le choix de miser sur le secret professionnel, il possède néanmoins de nombreuses licences de l’institut américain NREL. Technologies de rupture / à venir : La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Tout d’abord, de par les coûts engendrés par le silicium qui condamnent ce matériau pourtant fiable et performant, des opportunités majeures de R&D se situent dans les technologies utilisant des matériaux abondants et low cost (Wadia et al., 2009, p. 2076), tels que les matériaux FeS2, CuO, Cu2S, and Zn3P2. Il existe de nombreuses pistes dans les couches minces qui n’utilisent que peu de substrats. Par exemple, lentreprise américaine Nanosolar a développé un processus de production qui imprime sur un film des nanoparticules CIGS permettant de réduire les coûts à 0,35 $/W. La R&D dans la troisième génération de cellules PV ou hétérojonctions porte aujourd’hui sur de nouvelles structures à l’échelle nanométrique. En effet, les limitations théoriques des cellules de première et deuxième générations nécessitent de développer de nouveaux concepts utilisant les nanomatériaux pour optimiser l’absorption du spectre solaire et pour bénéficier des propriétés quantiques liées aux effets de tailles nanométriques. Les scientifiques injectent ainsi des nanocristaux, d’autres nanoparticules, ou encore utilisent des nanofils pour constituer un empilement optimum de structures semi-‐conductrices permettant théoriquement de dépasser la limite des 30% de rendement. Cependant, il existe aussi des innovations au niveau dautres éléments qui peuvent réduire le coût global ou améliorer les fonctionnalités : amélioration des onduleurs, des héliostats (trackers solaires), mécanismes anti-‐poussières automatiques, traitement de surface des vitres des panneaux solaires laissant mieux passer lénergie solaire. C’est aussi le cas de la technologie solaire photovoltaïque à concentration (CPV). Utilisant un concentrateur, ou lentille de Fresnel, elle concentre la lumière du soleil jusqu’à 1600 fois sur la cellule (Société Sunrgi). Ce qui permet d’utiliser une surface de cellule beaucoup plus petite, et ainsi utiliser des cellules à rendement très supérieur, avec des valeurs oscillant typiquement entre 30 et 40 % (et qui, à moyen terme, dépasseront les 50 %). Un tel panneau ne fonctionne correctement quavec un dispositif de "tracking" (héliostat), pour rester en permanence perpendiculaire aux rayons du soleil. Favorable au rendement (30% cellule GaAs usage commercial -‐ 40% en laboratoire), ce type de dispositif a linconvénient daccroître la complexité et la maintenance, et reste encore peu développé. C’est cependant la technologie la plus probable pour atteindre rapidement la parité réseau. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 11

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Un autre type d’innovation par les usages : l’intégré au bâti C’est un métier nouveau pour les grands constructeurs et les professionnels du bâtiment : développer les toitures et les façades photovoltaïques de demain. L’innovation n’est pas sur la technologie proprement dite mais sur son intégration et son design. Il n’en réside pas moins de sérieuses contraintes : poids des systèmes, facilité de maintenance, risque incendiaire, et durée de vie qui doit être cohérente avec celle des bâtiments. De nombreux industriels ont déjà mis en place des solutions tels que Saint Gobain avec des tuiles solaires, ou des assembleurs tes que Tenesol fournissent des panneaux assurant une parfaite étanchéité et isolation faisant office de toit.Le développement de ces dispositifs photovoltaïques intégrés comme composants de construction dans le bâtiment nécessite une coopération plus poussée entre architectes et ingénieurs lors des phases de conception et une coordination entre corps de métiers (par Figure 5 : Exemples de toiture et de verrière exemple électriciens, couvreurs, façadiers) pour assurer photovoltaïque une bonne installation. Il y aura une rupture quand les systèmes seront intégrés dès la conception dans l’enveloppe du bâtiment, ce qui suppose des développements technologiques tels que des tramages. Mais cela nécessite entre autre des évolutions de standards (raccordement réseau, performance, durée de vie) au niveau national et mondial, qui est un point crucial trop souvent ignoré car celui qui maîtrise la norme maîtrise le marché. Il faut également prendre en compte le montage, le démontage et la réparation dans la conception, d’où l’intérêt de favoriser la modularité des systèmes. Au final les pratiques constructives pourraient changer profondément avec une intégration de la technologie PV beaucoup plus grande dans diverses fonctions du bâtiment: • Chauffage d’air ou d’eau chaude, grâce à la chaleur générée par les modules (partie du spectre solaire non transformée en électricité) et qui peut être récupérée et valorisée • Eclairage grâce à la semi transparence par des panneaux ou des vitres photovoltaïques • Ventilation : production locale d’électricité et consommation coordonnées par exemple pour répondre aux usages de rafraîchissement l’été • Stockage : l’avènement de la voiture électrique va également justifier la pose de panneaux photovoltaïque L’intégré au bâti offre donc beaucoup de synergies pour les industriels. Exemple des verriers avec Schott l’allemand, ou toujours avec Saint-‐Gobain, qui a décidé récemment de mêler des cellules photovoltaïques à du verre électro-‐chrome. Ce verre adapte sa transmission lumineuse et calorifique -‐ et donc sa teinte -‐ à lensoleillement et à la température ambiante du bâtiment, tout en permettant la vision vers lextérieur. Il réduit donc considérablement la quantité dénergie consommée pour la climatisation, le chauffage et léclairage Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 12

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Conclusion : Il apparaît qu’aucune des trois générations de technologies photovoltaïques ne peut être considérées comme totalement mature, dans la mesure où à la fois le produit et son processus de production peuvent être améliorés. De plus, il n’est pas certain que l’une des technologies ait vocation à évincer toutes les autres. En effet, chacune offre un couple rendement/coût qui pourrait répondre à un besoin spécifique du marché. Actuellement, le surcoût de la filière photovoltaïque est flagrant, notamment à cause des coûts du silicium et de rendements qui restent faibles. Les pays doivent compenser : • Par des politiques avantageuses envers les investissements • Par un tarif de rachat de l’électricité produite Subventionner permet en théorie daugmenter les quantités produites jusquà atteindre la rentabilité. Trois facteurs sont indispensables pour réduire son prix : • Augmenter les volumes de production • Améliorer les rendements • Baisser la quantité de silicium consommée. La compétition se joue plutôt sur la prochaine génération de cellules photovoltaïques, couches minces et hétéro jonctions, fortement tirés par les Etats-‐Unis (NREL), le Japon et la Corée. Les experts attendaient la "parité réseau" en Allemagne pour 2015 voire 2020 au plus tard. Mais le succès des américains servant de jalon de référence au marché, grâce aux derniers progrès réalisés, indique que la parité réseau semble se rapprocher dans le temps. Les modules de First Solar pourraient déjà produire de lélectricité pour un équivalent de 0,20 à 0,25 euros par kilowattheure. Or le prix actuel de lélectricité en Allemagne tourne actuellement autour de 0,20 euros/kWh. Cependant le photovoltaïque, de par sa capacité à être installé au plus proche des habitations et des bâtiments, permet de concevoir des systèmes intégrés aux bâtis à haute valeur ajoutée. Ainsi, les perspectives de bâtiments à énergie positive et de nouvelles technologies à plus haut rendement et de plus grande fiabilité devraient lui assurer un fort développement à venir. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 13

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 2.2. L’électricité solaire thermodynamique Principe de fonctionnement : La plupart des grandes centrales fonctionnent sur ce même principe, la chaleur du soleil est transformée en énergie mécanique qui est transformée en énergie électrique. Plus précisément, les rayons solaires sont concentrés et servent à chauffer un liquide (eau ou gaz) à haute température. La vapeur générée fait Figure 6 : La centrale solaire Thémis à Taragosse tourner un générateur électrique. Le mouvement rotatif génère un courant électrique selon le modèle d’une dynamo. Les différentes technologies : Il existe quatre types de centrales solaires qui se distinguent par la manière dont on focalise les rayons solaires. L’énergie solaire étant peu dense, il est nécessaire de la concentrer. L’énergie thermique sert à chauffer un fluide caloporteur qui peut être : des huiles, du sel fondu, des gaz ou de l’eau liquide. On estime le rendement d’une centrale CSP autour de 20%. Figure 7 : Les différents types de concentration – Source IAE • Les centrales à collecteurs cylindro-‐paraboliques : 93 % du marché en 2008 (SER) Des rangées parallèles de miroirs cylindro-‐paraboliques tournent autour d’un axe horizontale suivent la course du soleil. Les rayons sont concentrés sur un tube récepteur horizontal dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce fluide sert à chauffer de l’eau qui se transforme en vapeur et actionne une turbine. • Les centrales solaires à miroirs de Fresnel : 1% du marché (SER) Même principe que pour les miroirs cylindro-‐paraboliques. Les miroirs sont simplement plans afin de réduire les coûts de fabrication. • Les centrales à tours : 4,7% du marché en 2008 (SER) Des miroirs concentrent les rayons solaires vers une chaudière placée en haut d’une tour. Le facteur de concentration peut dépasser 1000, ce qui permet d’atteindre des températures importantes. L’eau chauffée se transforme en vapeur qui actionne une turbine produisant de l’électricité. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 14

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • Les centrales à capteurs paraboliques : 0,2% du marché en 2008 (SER) Les capteurs suivent le soleil et captent ses rayons afin de les faire converger vers un point de concentration appelé foyer. Un gaz est contenu dans le foyer qui monte en température. De l’eau est alors transformée en vapeur qui actionne une turbine afin de produire l’électricité. • Les centrales à tour à effet de cheminée Dans ce concept émergent, les rayons ne sont pas concentrés. L’air est chauffé par une surface de captage solaire formée d’une couverture transparente et agissant comme une serre. L’air chaud étant plus léger, il s’échappe par une grande cheminée centrale. Cette circulation d’air permet alors à des turbines situées à l’entrée de la cheminée de produire de l’électricité. Le principal avantage de ce système est qu’il peut fonctionner sans intermittence en Figure 8 : effet de cheminée utilisant le rayonnement du soleil le jour et la chaleur emmagasinée dans le sol la nuit. Les incertitudes: • Acceptabilité et emprise au sol Bien qu’associé à l’image « verte » du solaire, le STC peut rencontrer quelques difficultés d’acceptabilité. L’emprise au sol nécessaire étant assez conséquente, cela l’exclut donc des zones urbanisées (avec PLU en France) mais aussi des zones agricoles. • Ensoleillement minimum Cette technologie ne peut que fonctionner avec un ciel sans nuage, où le rayonnement solaire est direct. L’ensoleillement direct doit être ainsi supérieur à 2000 KWh/m2/an. Ainsi, selon le dessin ci-‐contre, seules les régions colorées peuvent être favorables à ce type d’énergie. De plus, il faut savoir que ce type de centrale fonctionne Figure 9 : Zones favorables au STC dans un environnement sec, l’humidité de l’air est un frein au rendement. • Transport de l’énergie De fait, ce type de centrale pourrait être implanté majoritairement loin des zones de consommation d’énergie, ce qui implique le développement d’infrastructures de transport de l’électricité adéquates. • Dangerosité Par ailleurs, certaines des filières présentent des risques industriels spécifiques. Ainsi, certains cycles utilisent comme fluide caloporteur des huiles qui présentent des dangers en cas d’accident. Des systèmes de stockage mettent en œuvre de grandes quantités de nitrates (sous forme de sels fondus), lesquels présentent des risques d’explosion. Ces limites sont toutefois bien connues, et des alternatives existent, comme l’utilisation de vapeur d’eau comme fluide caloporteur. • Matériaux Dépendance technologique sur certains composants critiques, tels que le tube récepteur. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 15

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Les coûts : Si nous prenons une centrale thermodynamique comme celle d’Andasol (Espagne) sur une tranche de 50 MW, le coût d’installation est établi à 5.200 €/kW (5,2€/W). Le schéma ci-‐dessous (ACKET, 2010) compare cette centrale avec la centrale photovoltaïque d’Amareleja, qui dispose des même conditions d’ensoleillement et de la même puissance, avec un coût d’installation de 5 150 €/kWc. Figure 10 : Comparaison des centrales d’Amareleja PV et Andasol CST Le rapport coût d’investissement/production annuelle indiqué dans le tableau (en €/kWh) est clairement à l’avantage du solaire thermodynamique pour un coût d’installation globalement équivalent4. En supposant toutefois un taux d’actualisation de 6 % et d’un amortissement sur 20 ans nous obtenons pour la part du seul investissement un coût de l’électricité produite à 0,14 €/kWh. Le coût actuel ajusté de l’électricité produite par les centrales pilotes à miroirs paraboliques en Espagne et en Californie est d’environ 27 c€/kWh (Source Solar Euro Med). Par différence cela nous donne un coût pour la part d’exploitation et de maintenance à 13 c€/kWh, ce qui est relativement élevé. En effet une installation telle de 50 MW requiert 30 employés pour l’exploitation de la centrale et 10 pour la maintenance du champ. L’IEA évalue les coûts d’exploitation entre 13 et 30 $ /MWh5. Ceci constitue un point négatif par rapport au PV mais ces coûts peuvent baisser si l’installation est plus importante. En France métropolitaine où l’ensoleillement maximal est de 1 790 kWh/m²/an (Corse), le coût de production s’élève à plus de 35 c€/kWh actuellement (Source Sia Conseil), bien loin des 3,4 c€/kWh d’une centrale nucléaire de 2e génération. Le seuil de rentabilité des centrales solaires à concentration se situe ainsi autour de 2 200 kWh/m²/an. Pour les zones moins ensoleillées, l’attractivité du solaire thermodynamique dépend donc en majeure partie de la hauteur des aides publiques. Les spécialistes estiment qu’à l’horizon 2020, le coût de l’électricité produite par les centrales thermo solaires les plus avancées (cycle combiné) atteindra des prix compris entre 7 à 8 c€/ kWh (Source Solar Euromed). Empreinte environnementale : L’empreinte carbone est relativement faible et peut se comparer à l’éolien, elle est évaluée à 13,7g/ kWh (Pehnt 2005 IFEU5) L’amortissement énergétique est également bon, évalué entre 5 et 6 mois (SIA Conseil). D’autre part, l’implantation des centrales est réalisée dans des zones désertiques ou arides, ce qui constitue une valorisation importante d’espaces inutilisés. Cependant, de telles installations peuvent nécessiter un apport en eau non négligeable, près de 3 à 4 m3 d’eau. Un refroidissement par air diminue largement les besoins en eau au profit d’un rendement plus faible. 4 Source Rapport Claude Acket – AREVA – Sauvons le climat – p14 5 Martin Pehnt, 2005 -‐ Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies – IFEU Heidelberg Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 16

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Industrie, brevets : qui contrôle la technologie ? Il est important de citer Luz International LTD, société israélienne, qui fût la première entreprise fabriquant des centrales thermodynamiques à un niveau industriel en 1979. Elle est à l’origine de plusieurs modèles expérimentaux en Californie et dans le monde, des modèles à tour auquel elle donna son nom : modèle Luz. Malgré des débuts prometteurs pour la France avec la centrale expérimentale Thémis et le four Odeillon créés dans les années 1980 mais abandonnés peu après (voir dans la partie socio-‐éco), les Espagnols et les Allemands ont beaucoup plus investi sur cette technologie et possèdent aujourdhui des entreprises de pointe. L’Espagne est alimentée par un marché domestique extrêmement dynamique (car fort ensoleillement). Par exemple Abengoa a décroché un contrat de 13 centrales de 50MW. Mais il exporte aussi avec plus de 250 MW prévu en Arizona. Acciona ou Iberdrola sont aussi deux fleurons de l’industrie espagnole. Pour lAllemagne, cest clairement un marché dexport. Schott est un verrier allemand qui a su capter ce marché, il a notamment fourni les collecteurs pour les centrales thermiques solaires en Californie de Kramer Junction d’une puissance totale de 354 MW. Depuis 2006, Solar Millennium (Allemagne) sest lancé dans la construction de grandes centrales solaires en Espagne tel qu’Andasol (150MW) et prépare des projets importants (plus de 2GW en construction aux Etats Unis) ailleurs dans le monde. Solel, une entreprise israélienne qui a développé Kramer Junction avec Schott aux Etats Unis, a récemment été rachetée par Siemens et prépare une usine de 533MW en Californie. Les américains ne sont pas en reste avec Brightsource Energy, qui détienne le modèle à tour LPT 550 de Luz. Int. LTD et possède 2,6 GW d’installations sous contrats. Esolar a notamment aussi beaucoup fait parler d’elle avec une nouvelle technologie de petits miroirs pour ses héliostats, moins chers à fabriquer et contrôlés par un nombre limité de moteurs. La jeune compagnie a décroché 2GW d’installations en Chine, 1GW en Inde et 500MW en Californie. La France, plus en retrait, a tout de même des industriels présents sur différents composants, mais elle n’a pas de champions à l’origine de grosses installations récentes. Au niveau des brevets, c’est encore une fois l’Allemagne qui est leader, suivie par les Etats-‐Unis et le Japon, la France en quatrième position et l’Italie (Source EPO 2010). Recherche et développement et technologies de rupture / à venir : Si les technologies utilisées dans le solaire thermodynamique semblent matures, il reste de nombreuses innovations incrémentales qui permettront de baisser les coûts. Historiquement, le STC a fait l’objet de plusieurs programmes de R&D durant les années 80, avant de tomber plus ou moins en désuétude après le contrechoc Figure 11: ensoleillement et production délectricité -‐ pétrolier de 1986. Source solar Euromed Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 17

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Le regain d’intérêt pour le STC date d’une dizaine d’année. L’inconvénient de l’absence de soleil est aujourd’hui partiellement levé. Les dernières avancées techniques permettent de stocker le surplus d’ensoleillement et de le restituer aux heures nocturnes. C’est le cas du stockage de chaleur dans des sels fondus. Ainsi, le fonctionnement d’une centrale à concentration solaire peut être quasi continu. La centrale ANDASOL 1 à Grenade, a ainsi une autonomie de 7 heures mais des projets en cours ont comme objectif une autonomie de 20 heures. Mais c’est dans le domaine des applications que cette technologie pourra trouver des débouchés différents que ceux d’aujourd’hui. Demain les applications seront : • Procédés industriels De nombreuses industries utilisent des procédés nécessitant des hautes températures comme la stérilisation, le chauffage, la cuisson, le traitement thermique, le blanchissement, etc. Les technologies du solaire concentré sont appropriées pour ces applications. On peut envisager qu’une entreprise construise une usine de ce type pour sa propre production d’électricité ou pour une des applications mentionnées. • Dessalement Le processus de dessalement transforme l’eau de mer en eau potable. Les régions souffrant d’un manque d’eau sont d’ailleurs souvent celles qui ont un ensoleillement très fort. Le solaire à concentration est une bonne technologie pour répondre à ce besoin tout en minimisant l’impact environnemental. • Carburant solaire Dans les prochaines années, la R&D pourra permettre la production d’hydrogène par séparation thermochimique de l’eau. Des projets ambitieux Des grands programmes internationaux sont en cours de développement, tels que : • Le projet DII de la fondation DESERTEC Ce projet initié en 2009 vise à exploiter les potentiels énergétiques des desserts du Moyen-‐Orient grâce à un vaste réseau de centrales solaire à concentration. En 2050, 15% des besoins en électricité de l’Europe et une grande partie de ceux des pays producteurs pourraient être assurés. • Le Plan Solaire Méditerranéen Ce programme a pour objectif de permettre aux pays situés sur le pourtour méditerranéen, en Afrique du Nord et au Proche Orient de développer une production d’électricité d’origine renouvelable. Le fort potentiel solaire de ces pays permettrait d’approvisionner en électricité à faible contenu C0₂ le marché local et den exporter une partie vers les pays européens fortement demandeurs d’électricité. Conclusion : Même si il est encore peu visible par rapport au solaire PV, très médiatique, le solaire à concentration thermique porté par de grands projets et de gros investissements se redynamise depuis quelques années. Tous les spécialistes le voient comme le troisième acteur sur le secteur du renouvelable. Selon l’IEA, il pourrait couvrir 7% des besoins mondiaux en énergie en 2030 et 25% en 2050. Le solaire thermodynamique présente des atouts importants. La capacité de stockage a fait l’objet d’innovations significatives. Les rendements électriques sont en amélioration. De fait le coût de production est en baisse, surtout grâce à des tailles de centrales de plus en plus Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 18

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique importantes. De tels projets nécessitent tout de même l’appui des états. Exemple des Etats-‐Unis, où les demandes dautorisations s’accumulent pour les déserts de Californie, de lArizona et du Nevada. Le secteur est clairement dopé par les aides du gouvernement d’Obama qui subventionne à hauteur de 30% des coûts de construction dans le cadre de son plan de relance. Un des inconvénients est que ce type de centrale nécessite un ensoleillement et une qualité de soleil très forte, ce qui limite les régions susceptibles de recevoir ce type de centrale. Mais l’exemple de l’Allemagne qui domine ce marché en misant tout sur l’export permet de relativiser cet inconvénient. Les procédés industriels sont également nombreux : production d’électricité, dessalement, production de chaleur, etc. Ce qui peut tout autant favoriser l’accroissement des niches de marché pour son développement. 2.3. L’électricité éolienne : les éoliennes terrestres et offshore Principe de fonctionnement : La fabrication d’électricité par une éolienne est réalisée par la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. La chaîne de transformation est la suivante : • La transformation de l’énergie par les pales Les pales fonctionnent sur le principe d’une aile d’avion. La différence de pression entre les deux faces de la pale crée une force aérodynamique, mettant en mouvement le rotor par la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique. • L’accélération du mouvement de Figure 12 : Nacelle d’une éolienne – Source SER rotation grâce au multiplicateur Les pales tournent à une vitesse relativement lente, de l’ordre de 5 à 15 tours par minute, d’autant plus lente que l’éolienne est grande. La plupart des générateurs ont besoin de tourner à très grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour produire de l’électricité. C’est pourquoi le mouvement lent du rotor est accéléré par un multiplicateur. Certains types d’éoliennes n’en sont pas équipés, leur générateur est alors beaucoup plus gros et beaucoup plus lourd. • La production d’électricité par le générateur L’énergie mécanique transmise par le multiplicateur est transformée en énergie électrique par le générateur. Le rotor du générateur tourne à grande vitesse et produit de l’électricité à une tension d’environ 690 volts. • Le traitement de l’électricité par le convertisseur et Figure 13 : Composants d’une éolienne – le transformateur Source SER Cette électricité ne peut pas être utilisée directement. Elle est traitée grâce à un convertisseur, puis sa tension est augmentée à 20 000 volts par un Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 19

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique transformateur. L’électricité est alors acheminée à travers un câble enterré jusqu’à un poste de transformation, pour être injectée sur le réseau électrique, puis distribuée aux consommateurs les plus proches. Facteurs de productivité : L’énergie produite dépend de La puissance augmente avec • Longueur des pales • Vitesse du vent • Le carré de la longueur des pales • Densité de l’air • Le cube de la vitesse du vent Figure 15 : Puissance du vent en fonction de l’altitude – Source SER SEE Figure 14 : Puissance d’une éolienne en fonction du vent – Source REpower Systems AG Aujourd’hui, le format des éoliennes est stabilisé avec 3 pales. La force du vent augmente avec l’altitude. Ainsi, dans le cas d’un modèle avec 2 pales, la variation de force sur le moyeu sera alors très importante est perturbera le rotor. L’installation de 3 pales permet une compensation de ces différences et une moindre variation de puissance à chaque rotation du rotor. La production électrique varie selon la vitesse du vent.Si le vent est trop faible, l’éolienne est arrêtée. Cela n’arrive que 15 à 20% du temps. Si le vent est trop fort, supérieur à 90 km/h, l’éolienne est arrêtée pour des raisons de sécurité. La plage d’utilisation se situe donc entre 10 et 90 km/h. Les différentes technologies/ segmentation: En éolien il n’existe pas à proprement parler de technologies vraiment distinctes, chaque constructeur ayant son modèle et sa configuration d’éolienne : 2 ou 3 pales, boîtes d’engrenages ou système d’entraînement direct, mécanismes de contrôle de la puissance, pas des pales. Quelle que soit la configuration des composants de chaque éolienne, les processus de fabrication sont à peu près similaires. Cependant on peut tout de même segmenter l’éolien de par son type d’utilisation et son type de fondation (source SER – BCG 2010): • Les éoliennes terrestres: 99% du marché Implanter sur la terre ferme, c’est le modèle le plus courant. La puissance unitaire d’une éolienne terrestre s’est stabilisée autour de 2MW depuis 2008, mais elle peut aller jusqu’à 3 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 20

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 5 à 50 machines produisant jusqu’à plusieurs centaines de MW. Elles sont raccordées ensuite au réseau électrique. • Les éoliennes Offshores: 1% du marché Elles sont ancrées sur le fond marin jusqu’à 40 m de profondeur, reposant soit sur un amarrage gravitaire, une « pile », ou sur un tripode. Le principe de fonctionnement est identique et les composants restent très proches pour les deux implantations. Les éoliennes Offshores sont cependant beaucoup plus puissantes que celles utilisées sur terre. Du fait des contraintes opérationnelles et de maintenance, les constructeurs ont augmenté la puissance unitaire jusqu’à 6 MW. Elles sont groupées « en fermes d’éoliennes » de plusieurs dizaines de MW raccordées au réseau. Le raccordement des parcs éoliens offshore est également spécifique en raison de la très forte puissance de ces parcs et de l’éloignement au réseau électrique. Ce raccordement est réalisé grâce à ces câbles sous-‐marins à courant continu qui est la technologie spécifique utilisée généralement pour les interconnexions sous-‐marines. • Les éoliennes offshores flottantes C’est un marché émergent. Elles s’ancrent au fond marin au moyen de plusieurs systèmes : flotteurs et support à lignes tendues, pour des installations loin des côtes à des profondeurs plus élevées (30 à 300 m), multipliant alors le potentiel exploitable. • Petites éoliennes C’est un marché émergent. De petite taille (3 à 8 mètres de large, 1 à 2 mètres de haut), avec pour cible les toitures terrasses des immeubles d’habitation, ou industriels et commerciaux, leur gamme de puissances va de quelques kW à quelques dizaines de kW de puissance moyenne. Leur vitesse de rotation est faible et indépendante de la vitesse du vent. Les incertitudes: • Encombrement spatial et nuisance sonore L’encombrement est important, il correspond à une sphère d’un diamètre égal à celui de l’hélice, reposant sur un cylindre de même diamètre. Un mât est aussi de hauteur importante. Plus les pales sont grandes, plus elles sont bruyant ce qui peut perturber le voisinage. • Exposition au vent Le vent doit être le plus régulier possible. Leur implantation est interdite en milieu urbain ou dans un relief très accidenté. Cependant les prévisions et la gestion du vent se sont améliorées. Ainsi, une éolienne tourne 80% du temps. Leur production électrique est prévisible grâce aux modèles de prévision météorologiques, avec un facteur de disponibilité de 98%, largement supérieur à celui des centrales conventionnelles qui est de l’ordre de 70 à 85%. Globalement les vents sont plus forts en hiver qu’en été. Cette particularité est donc favorable à l’éolien car cela correspond parfaitement aux besoins de consommation saisonnier de chauffage des bâtiments. • Approvisionnement de matériaux: Certains matériaux utilisés dans la fabrication des éoliennes proviennent de REE (Rare Earth Elements) tel que le neodymium (Nd) dans les aimants permanents (permanent magnets PM) des générateurs (Rapport WWS -‐ Jacobson – Stanford 2010). • Usure des éoliennes offshores : Deux facteurs importants d’usure et de dégradation du matériel sont propres à ce type d’éolienne : • L’érosion liée au milieu marin • La force des vagues qui peut abimer gravement le mât. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 21

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique L’impact de ces deux paramètres n’est pas bien connu. Ainsi, il est possible de s’interroger sur leur durée de vie et leur maintenance. Les coûts : Le coût dinvestissement dune grande éolienne varie avec sa puissance nominale ainsi quen fonction des facteurs suivants : o le type et de la taille de la turbine, selon le type de vent o le type de fondation o la longueur du câble à tirer pour se relier au réseau On évalue généralement ce coût d’investissement à 1,6 M€ par MW, soit 1,6 €/W. La part de l’éolienne représente 75% de cet investissement. A cela viennent s’ajouter différents éléments qui influencent le coût de revient du kWh : o le montant de linvestissement dinstallation o la vitesse et la qualité du vent (déterminent la production) o la disponibilité de la turbine o le coût de maintenance o le coût de location/achat du terrain dimplantation o la prime dassurance, le taux dintérêt des emprunts et les taxes éventuelles Pour l’offshore, les coûts d’investissements sont pratiquement doublés : 3 à 3,7 $/W en 2010. Une éolienne a en moyenne, une production équivalente à un peu moins de 2000 heures à pleine puissance. Le cout de l’électricité produite est mondialement compris aujourd’hui entre $0.04 et $0.15/kWh en éolien terrestre et de $0.133/kWh pour l’offshore (Jacobson, Université Stanford6 – IEA 2010). En Europe, selon l’EWEA, ce coût est passé de 8,8 c€ dans les années 1980 pour une turbine de 95 kW, a actuellement de 3,5 c€/kWh pour une turbine de 1 000 kW. Empreinte environnementale : Par rapport à l’EPBT, une étude (avril 2005) du fabricant Vestas au Danemark montre qu’une éolienne offshore de 3 MW produit lénergie nécessaire pour sa fabrication en 6,8 mois et est conçue pour fonctionner 20 ans. Pendant ces 20 ans, elle doit produire 280.000 MWh et évite lémission de 230.000 tonnes de CO2 (par rapport aux émissions dune centrale thermique). En termes de cycle de vie, la plupart des composants de léolienne peuvent être recyclés. L’empreinte carbone est quant à elle évaluée à 10,2g/kWh (Pehnt 2005). Industrie et brevets : qui contrôle la technologie ? Dans l’industrie éolienne, une quinzaine de gros industriels se partagent le marché mondial du terrestre comme de l’offshore. Leur capacité de production est caractérisée par leur habilité à prendre des marchés. Pour en juger, il faut analyser la demande mondiale : la production délectricité dorigine éolienne est en forte croissance (30% en 2009) et s’élève à 157 900 MW en 2009 (dont 37 600 MW de nouvelle production). Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 22

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Les prévisions pour 2012 sont de 287 000 MW soit + 40% ce qui représente 2.7% de lélectricité mondiale. Les 6 pays avec la plus forte croissance sont: • La Chine (+ 13 000 MW) • Les Etats-‐Unis (+ 9 900 MW) • LEspagne (+ 2 500 MW) • LAllemagne (+ 1 900 MW) • LInde (+ 1 270 MW) • France (+ 1 088 MW) Sur ces marchés, le danois Vestas et l’américain GE ont des parts de marchés proches (14% et 12%). Entre 2008 et 2009, grâce à des investissements massifs, 2 entreprises chinoises se sont hissés dans l’excellence mondiale : • Sinovel • Goldwin L’allemand Enercon arrive toutefois à se maintenir grâce au dynamisme du marché européen. Pour l’offshore, le marché étant encore en constitution, on trouve les mêmes acteurs du top 5 de l’éolien terrestre en ajoutant l’allemand Nordex, et l’espagnol Acciona. En termes de propriété industrielle, c’est l’Allemagne qui est le plus grand possesseur de brevets et notamment Enercon qui détient près de 40% des brevets sur l’éolien. En 1994 cette société put même piratée par la NSA dans le cadre d’une opération de piratage industriel. L’Allemagne est suivie ensuite par les USA, le Japon, le Danemark et l’Espagne. Technologies de rupture / à venir : Certaines éoliennes utilisent un axe de rotation vertical mais peu de modèles ont été développés à grande échelle. Une nouvelle technologie à axe vertical est celle du kite wind generator (inspirée du kitesurf) qui, pour capter un vent le plus fort possible, utilise des câbles et des ailes qui peuvent arriver à 800/1 000 m de hauteur. Les nouvelles éoliennes en cours de développement visent à aboutir à une technologie qui s’affranchit du bruit, de l’encombrement et de la fragilité des éoliennes à pales, tout en étant capables d’utiliser le vent quelle que soit sa direction et sa force. L’éolien offshore est une rupture technologique. Ainsi, il faut développer une nouvelle génération de turbines et de structures marines spécialement conçues pour un environnement marin avec des besoins d’opération et de maintenance réduits. Les turbines d’éoliennes en mer peuvent bénéficier de vents plus forts et moins turbulents que sur terre et limiter l’impact visuel. Les sévères conditions marines appellent le développement de systèmes très fiables et plusieurs nouveaux concepts de turbines en mer sont en cours de tests. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 23

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Conclusion : Comme pour le photovoltaïque, la Chine a réussi à devenir un acteur majeur dans la production de la technologie éolienne terrestre. On peut qualifier cette technologie de mature. Le grand éolien a de nombreux atouts qui lui réservent une place de choix dans les énergies renouvelables. Il reste un marché extrêmement dynamique avec une forte demande. Ainsi dans ce domaine, les pays comptent beaucoup sur leur développement pour voir aboutir leurs différents objectifs de production d’énergie renouvelable. L’éolien permet aussi de produire de l’électricité à un faible coût et d’être une énergie propre. Plus encore que les éoliennes offshores, les éoliennes flottantes restent un défi de par leurs installations sur les hauts fonds. Mais elles représentent une vraie rupture car elles permettent de s’affranchir de toutes contraintes visuelles et sonores et aussi de bénéficier de vents pratiquement constants. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 24

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 2.4. Synthèse: Comparatif des trois technologies Solaire PV Solaire concentré EolienRendement max 18% 25% 25%(usage commercial) Intégration paysage Cout du silicium Emprise au sol Nuisance sonore Approvisionnement EnsoleillementIncertitudes Exposition au vent Toxicité minimum Approvisionnement Recyclage Dangerosité Usure (offshore) 1,6€/W (x2 pourCout d’investissement 3€/W 5,2/W offshore)Prix de l’électricité 15à 30c€/kWh 7 à 17c€/kwh 4 à 15c€/kWh 2c€/kWh (mais encoreCoût d’exploitation 4c€/kWh 13c€/kWh inconnu pour l’offshore)EPBT 2 à 5 ans 5 à 6 mois 4 à 7 moisBilan Carbone 55g /kWh 13,7g /kWh 10,2g /kWhDurée de vie 20 ans 25 ans 20 ans Solar Millenium, Vestas (Danemark) First Solar (USA) Siemens (Allemagne) GE (USA)Champions Suntech (Chine) Brightsource Energy Sinavel (Chine)Industriels Sharp (Japon) (USA) Enercon (Allemagne) Qcells (Allemagne) Abengoa (Espagne) Japon Allemagne Allemagne USA USA USABrevets Allemagne Japon Japon Corée France Danemark France Italie Espagne Matériaux low cost Stockage de l’energie Axe vertical Couches minces AutonomieRupture à venir Offshore flottant Intégration au bâti Procédés industriels CPV Déssalement Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 25

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3. Système socio-‐économique : où en est l’industrie française ? Quels sont les critères de réussite d’une filière industrielle ? Les différents acteurs interviewés ont tous insisté sur les mêmes indicateurs : • Un état de la technologie avancé permettant une avance de phase • Une structure industrielle adéquate • Un marché domestique dynamique • Conquête de marchés étrangers via l’export • Un contexte politique favorable et stable L’état de l’art des énergies intermittentes solaires et éoliennes nous ont permis de comprendre que malgré un marché mondial en plein essor, la France ne possède aujourd’hui aucun « champion » industriel sur ces technologies. La France dispose pourtant de bonnes conditions de départ pour voir émerger ces filières industrielles. Au-‐delà des critères propres aux technologies, quels sont donc les blocages, les leviers et les dernières avancées, particuliers au système socio-‐économique français ? 3.1. Une structure industrielle française déséquilibrée ? Figure 16 : Source Insee – Enquête R&D La France peut-‐elle être considérée comme un pays industriel ? De par la baisse de l’industrie manufacturière depuis les années 1980, la part de l’emploi dans l’industrie française est continuellement en baisse. Elle continue pourtant de représenter la majeure partie des exportations, des dépenses en R&D privée, ainsi que de la valeur ajoutée dans le PIB si l’on comptabilise la part des services liés à l’industrie. Industrie et énergie en PME (20-‐250 sal.) ETI (250-‐2000 sal.) Grands groupes France (>2500 sal.) Nombre (%) 16,7% 1,02% 0,06% Poids en Valeur ajoutée 13,6% 76,4% (%) Au niveau de la structure industrielle, l’internationalisation de la concurrence a poussé le développement de grands groupes français, (ex : BTP, l’Energie, la santé, l’agroalimentaire) de taille suffisante pour affronter la concurrence mondiale, mais qui sont aujourd’hui sur une échelle globale pour conquérir de nouveaux marchés ou bien disposer de coûts de production réduits. Ainsi les spécialistes du CAE (Conseil d’Analyse Economique) estiment que la France manque surtout de grosses PME ou de PME innovantes susceptibles de croître rapidement, mettant sur le marché des produits nouveaux, exportant et créant des emplois. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 26

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique De par leur taille et leur souplesse, elles disposent d’avantages compétitifs pour gagner des marchés. Sur le secteur des énergies intermittentes, ce sont également ces entreprises de tailles intermédiaires, les ETI, qui font défaut, contrairement à l’Allemagne et son « Mittelstand », réseau de grosses PME exportatrices qui ont su si bien capter les marchés du solaire PV et du CSP comme nous l’avons vu précédemment. La France compte pourtant de nombreuses PME dynamiques, notamment dans la sous-‐traitance. Celles-‐ci pourraient fusionner pour atteindre la taille critique et devenir ainsi des ETI. Mais elles pourraient également apporter plus de garantie financière pour pouvoir investir à long terme auprès des partenaires financiers. Selon Yvan Faucheux, directeur du programme "Energie -‐ Economie circulaire" du Commissariat Général à lInvestissement, ce tissu d’entreprises « trop » petites souffre d’un manque de stratégie à long terme. Et il reste de nombreux verrous à lever pour pouvoir réaliser des fusions et acquisitions. L’exemple des SCI (rente de location des bâtiments industriels) constituent un élément bloquant parmi d’autres. La France a également une approche trop « Business to Business » dans le domaine industriel, son offre n’est pas assez visible et cohérente sur des marchés de masse comme dans le PV ou l’éolien. Peut-‐on compter sur la puissance manufacturière ? Patrice Geoffron, économiste à l’Université Dauphine, interrogé dans cette étude, nous confirme que sur un marché de masse avec des technologies matures telles que le PV cristallin et l’éolien terrestre, il y a avant tout un effort de taille critique à faire pour les entreprises, qui induit des économies d’échelles sur les chaines de fabrication et qui permet une compétitivité par les coûts. Autant dire que la Chine sera dure à battre mais les allemands, les américains et les japonais poursuivent la même stratégie. Mais selon les spécialistes (Colloque BPCE – Financer la croissance verte 22/03) la capacité de production est aujourd’hui très fortement automatisée, ainsi le facteur coût de la main d’œuvre ne serait plus critique ? La France ne dispose donc plus que de la technologie pour se différencier en termes d’offre, autant que pour asseoir sa capacité de production. Tout miser sur le marché domestique ou sur l’export ? Le scénario d’invasion graduelle d’un marché étranger à partir d’une base domestique a été théorisé par les approches en économie et gestion internationale (Source ANRT – Futuris). La conquête de marchés étrangers par une entreprise innovante intervient dans un second temps, une fois l’innovation éprouvée et une position concurrentielle solide acquise sur le marché national. On constate que des grands groupes français tels que les énergéticiens GDF Suez, Areva et Total ont des stratégies dans les énergies intermittentes, mais se positionnent clairement sur une échelle internationale en misant beaucoup sur les marchés étrangers en plein essor. De par leurs capacités à gérer de très grosses installations, ils sont de fait des prétendants sérieux pour décrocher ces marchés. Ainsi avec une telle vision globale ils ne comptent que peu sur le territoire français pour leurs filières industrielles dans les énergies intermittentes. Plusieurs de ces acteurs ont été interviewés et les faits sont détaillés dans les parties systémiques propres à chaque technologie. Ainsi, il est essentiel que le marché domestique puisse servir d’effet de levier, au moins pour que des PME émergent et puissent structurer leur filière. Quels sont donc les besoins de ces énergies en France ? Quels sont les facteurs politiques pour leur développement ? Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 27

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3.2. Contexte français du mix énergétique, politique environnementale et besoin des énergies intermittentes La France est le 8e plus grand consommateur d’énergie au monde (Source IAE 2007). Cette étude portant sur les énergies électriques intermittentes, on constate tout d’abord que l’énergie électrique représente 43% de l’énergie totale consommée en France (Pétrole 32% et Gaz naturel 15%). Figure 18: Consommation dénergie primaire en France Figure 17 : Consommation d’énergie finale par secteur Les prévisions ministérielles tablent sur une progression de +0,7% par an d’ici 2030. Par secteur, la part des transports et du résidentiel ne cesse de s’accroître. Ainsi, depuis les années 1970, la part de l’électricité a crû deux fois plus vite que la consommation totale d’énergie. Ceci en raison de la substitution du fioul par l’énergie électrique dans l’habitat. Le secteur résidentiel représente maintenant les deux-‐tiers de la consommation finale d’électricité. Rappel de la politique environnementale : La politique environnementale joue un rôle considérable dans le développement des énergies renouvelables. Il y a eu une prise de conscience progressive du gouvernement français dans les années 2000. Tout d’abord de l’urgence climatique du réchauffement de la planète avec la ratification du protocole de Kyoto, avec un quota d’émission de C02 que la France a réussi à tenir dès 2007. La notion de développement durable s’est installée et la France a créé en 2007 son Ministère de lEcologie, de lEnergie, du Développement durable et de la Mer, le MEEDDM. L’Europe impose en décembre 2008 un premier cadre législatif ambitieux : • Augmentation de 20% l’efficacité énergétique d’ici à 2020. • Réduire de 20% les émissions de gaz à effet de serre d’ici à 2020. • Atteindre à 20% la proportion des énergies renouvelables d’ici à 2020. L’état français à parallèlement lui aussi mis un œuvre un programme environnemental sans précédent, les grenelles de l’environnement 1 et 2 de 2009 et 2010, contenant 2 lois et supplantant les objectifs européens : • Réduire ses émissions de carbones de 75% d’ici 2050 • Rester au même niveau d’émission de GHG des transports de 1990 pour 2020 • Augmentation de 20% l’efficacité énergétique d’ici à 2020 28 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • Atteindre 23% d’énergies renouvelables Ce dernier objectif est bien sûr primordial dans cette étude, et il va se répartir sur chaque énergie renouvelable selon son potentiel d’implantation et la volonté de l’état de développer des filières en France. En effet, le gouvernement espère que cette croissance verte profite à la création d’emplois et surtout ceux de l’industrie, dit « exportateurs » car pouvant influer sur la balance commerciale, à l’image de l’Allemagne. Pour soutenir ces filières industrielles, plusieurs stratégies sont choisies : soutenir des grandes entreprises françaises susceptibles de prendre une place importante sur ces marchés, dynamiser un tissu de PME, ou encore encourager l’installation d’entreprises étrangères. La politique environnementale est donc un levier fondamental avec une masse de budget publique injectée considérable. Selon le Grenelle ce sont 115 milliards d’euros qui seront investis dans les énergies décarbonnées à l’horizon 2020. A l’instar du grand emprunt de 2010 allouant près de 5 milliards d’Euros aux énergies renouvelables, piloté en majorité par l’ADEME et l’ANR. Nous verrons dans le chapitre suivant quels sont les mécanismes orchestrés par l’Etat pour favoriser les énergies intermittentes. Part des énergies renouvelables : Dans le mix énergétique, si l’on ne prend que la production électrique, le nucléaire se taille la part la plus grande avec près de 75% de la production de l’électricité en France. Ce mix à haute teneur nucléaire est clairement une spécificité française. Non seulement le nucléaire représente le fleuron de l’industrie française et il a été massivement subventionné par l’état. Il permet aussi d’avoir aujourd’hui une énergie bon marché et peu émettrice de gaz à effet de serre, ce qui n’aide pas le développement des autres énergies. Au niveau de la filière industrielle, il y a donc un fort effet de traîne et de dépendance, selon Patrice Geoffron, du nucléaire et même du Figure 19 : Répartition des pétrole où les plus grands groupes sont installés. différentes sources de production électrique 2010 – Source RTE La France est pourtant riche en ressources énergétiques renouvelables, avec pour la biomasse la première forêt occidentale et un fort potentiel hydraulique. La part de l’énergie renouvelable électrique (qui exclut le bois énergie) en dehors de l’hydraulique est très faible, en 2008 de moins de 2%. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 29

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 20 : Production totale d’énergies renouvelables Figure 21 : Production d’énergies renouvelables par filières en depuis 1970 Mtep Figure 22: répartition en nombre et en puissance du photovoltaïque et de léolien Au niveau des énergies intermittentes, caractérisées par le solaire et l’éolien, il ressort très clairement qu’elles ne représentent aujourd’hui qu’une faible part des énergies renouvelables, et encore plus faible dans le contexte énergétique général. Elles sont pourtant appelées à jouer un rôle majeur dans le futur mix énergétique et donc un important développement est à prévoir. On peut également observer la disparité dans le rapport nombre d’installations/puissance dégagée qui est antagoniste entre les deux énergies. Figure 23: nombre dinstallation PV sur la puissance Figure 24: nombre dinstallation déolienne sur la puissance Un très grand nombre d’installations de très faible puissance pour le solaire. A l’inverse pour l’éolien, l’essentiel de la puissance est dégagé par un faible nombre des grosses installations. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 30

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3.3. Les différents mécanismes incitatifs dans les énergies françaises et leurs filières L’état français a mis en place un certain nombre de mesures afin de promouvoir les énergies renouvelables : Rachat de l’énergie En France la CSPE, Contribution au Service Public de l’Electricité, permet aux distributeurs d’électricité (EDF majoritairement en France) d’être compensée pour les surcoûts liés à leur mission de service public, en particulier sur l’obligation d’achat de l’électricité produite par les énergies renouvelables, sur une période de 20 ans à un prix fixé au moment de la signature du contrat et réévalué chaque année. La CSPE est payée par tous les consommateurs finaux d’électricité, malgré un plafond pour les consommateurs des industries électro intensives. Un impact : Prix de l’électricité en France en hausse La France bénéficie aujourd’hui d’un prix de l’électricité parmi les plus bas d’Europe, à 11c€/kWh (Source EDF 2010) grâce au nucléaire. Comme nous l’avons vu dans la partie ‘Etat de l’art’, les énergies intermittentes sont toutes en surcoût par rapport aux prix de l’électricité de centrales conventionnelles thermiques et nucléaires. Un développement intensif des énergies renouvelables subventionnées par la CSPE va donc impacter de manière significative la facture d’électricité des français. Il convient donc d’anticiper cette hausse qui va jouer sur le pouvoir d’achat, des français mais aussi des industries. En effet, un faible coût de l’énergie est aussi un facteur important pour favoriser l’implantation des industries sur le territoire. Ainsi, il est prouvé que la ponction du pouvoir d’achat détruit indirectement des emplois. Partant de cela, on comprend toute l’importance de favoriser les énergies proches de la parité réseau. Autres mesures incitatives à l’exploitation • Crédit d’impôt Il est possible de bénéficier d’un crédit d’impôt sur le montant de l’installation. Par exemple jusqu’à 2010, un crédit d’impôt de 50% a été mis en place sur le photovoltaïque pour les particuliers. • Prêts financiers et subventions De nombreux organismes français ont mis en place des prêts à taux préférentiels pour les énergies intermittentes. Selon les régions il est aussi possible d’obtenir des subventions pour inciter le développement des énergies renouvelables. Appels d’offre Pour les marchés publics, notamment les appels d’offres pour des gros chantiers tels que dans l’éolien ou le solaire, l’état peut, en jouant sur les critères de sélection (qualité, durée de réassort, d’étude de faisabilité, maintenance) privilégier d’une certaine façon les solutions fabriquées en France. Ce type de mesure peut être taxé de protectionnisme, et les lois anti concurrentielles sont assez strictes en Europe. Le choix de ces critères se doit donc d’être assez subtil, veillant à ne pas s’opposer au libre échange. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 31

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Cependant la LME (Loi de Modernisation de l’Economie) prévoit une mesure pour un accès préférentiel des PME aux marchés publics, un peu à la manière du « small business act » américain, (N° 10 -‐ article 7) qui « permet aux acheteurs publics de réserver aux PME innovantes, dans la limite de 15% de leur montant annuel, laccès aux marchés publics de haute technologie, de R&D dun montant inférieur aux seuils des procédures formalisées ». Les aides à l’innovation pour les industriels L’ANR, l’ADEME et OSEO sont les principaux financeurs de la R&D française. Dans le secteur des énergies renouvelables et intermittentes, depuis le Grenelle de l’environnement, l’état a multiplié les appels à projet (AAP) ou à manifestation d’intérêt (AMI). Par exemple dans le cadre de l’appel à projet 2008 du programme Habisol, 11 projets ont été sélectionnés et l’ANR a retenu sept projets correspondant à 6,3 M€ sur le photovoltaïque. Le budget de l’ADEME en 2009 pour le photovoltaïque était de 4,8 M€. OSEO finance aussi l’innovation dans les filières industrielles grâce à son programme innovation et stratégie industrielle (ISI), destiné à financer des projets collaboratifs entreprises et laboratoires. Dans la filière photovoltaïque, OSEO finance ainsi près de 75M€ en subventions et en avances remboursables. 3.4. L’industrie solaire photovoltaïque Dans les années 1990, la France a tenu un rang honorable dans la fabrication de cellules photovoltaïques, se plaçant parmi les cinq premiers mondiaux. Le développement de l’industrie asiatique et allemande, basées sur un marché intérieur en croissance et sur l’export, a relégué notre pays au-‐delà de la 20ème place aujourd’hui. En France 1kWc de PV est égal à : • Production de +/-‐ 1 000kWh/an Objectif : 5 400 MW en 2020. • Surface de +/-‐ 10m2 • Investissement moyen de 5000€ Croissance future / an : 500MW • Recette annuelle de 460€ Correspondant aux nouvelles directives de (0,46€/kWh) l’état (5000MW/10ans) • 2,5% d’un temps plein (2010) Emplois en 2010 Parc installé 2010 10000 à 20000 emplois (selon les sources et Puissance totale de 800 MW (évolution x10 le périmètre choisi) avec 70% concentré sur en 2 ans) l’aval Production annuelle 2010 : 530 GWh, Tarif dachat fixé : de 12 à 46 c€/kWh Soit 0,5 % de la production totale, ou la consommation de 230 000 habitants. (Source INES -‐ SER -‐ SIA Conseil -‐ Rapport Charpin 08/2010) Cependant depuis les objectifs du Grenelle, avec un tarif de rachat très incitatif, le marché domestique français a littéralement explosé. Une multiplication par 10 du parc depuis 2008 est constatée (source ADEME). Afin d’éviter les effets d’aubaine et suite aux gains de productivité et à la baisse des coûts, le Gouvernement a procédé à une révision des tarifs Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 32

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique d’achat. La France dispose pourtant de tous les atouts pour devenir un acteur important du photovoltaïque spécialisé dans le bâti. Ordres de grandeur du Photovoltaïque français La filière photovoltaïque serait en passe d’atteindre l’objectif 2020 d’ici fin 2013. Si la tendance actuelle se poursuit, ce ne sont pas 5,4GW qui seront installés en 2020 mais 17GW, ayant des conséquences sur la facture du photovoltaïque pour les consommateurs français. Pour autant, même à ce niveau, le photovoltaïque ne contribuera qu’à 1,2% des 23% d’ENR (Source Rapport Charpin 2010) Segmentation de l’offre et de la demande photovoltaïque La demande en photovoltaïque a été tirée tout au début par les installations éloignées du réseau électrique, des lieux isolés comme des gîtes de montagne, afin d’être autonome en électricité. La France a la particularité d’utiliser une segmentation précise des structures d’installations PV, notamment pour la tarification de rachat de l’électricité produite par le CSPE (voir ci-‐après). Notamment par la distinction entre intégration au bâti et intégration simplifier, ceci afin de privilégier des panneaux à plus forte valeur ajoutée, autant sur l’assemblage que sur la pose, favorisant les entreprises françaises. Dans lintégration au bâti les panneaux solaires, à eux seuls, assurent létanchéité du toit. Dans « l’intégration simplifiée au bâti » les panneaux sont toujours posés suivant le plan de la toiture, mais sur un système détanchéité qui ne fait pas partie intégrante du panneau. Malgré un tarif plus intéressant pour l’intégration, on constate que la majorité des installations (91%) sont intégrées aux bâtiments de manière simplifiée, et essentiellement de faible puissance inférieure à 3kW. Elles correspondent typiquement aux particuliers qui installent sur leurs toits moins de 30 m2 de panneaux. Depuis 2008, on assiste également à l’envolée des centrales au sol photovoltaïques, grosses installations jusqu’à plusieurs centaines de MW. Au final la segmentation utilisée aujourd’hui est la suivante : Tarif d’achat 2011 c€/ Typologie Structure Part dans le parc actuel ** kWh * Habitation 46,00 Intégré au bâti < 9 kWc Enseignement ou santé 40,6 89% des contrats Autres bâtiments 35,2 44% de la puissance Intégration simplifiée Tout bâtiment 30,35 < 36 kWc Intégré au bâti Habitation 40,25 9 kWc -‐36kWc Enseignement ou santé 40,6 9% des contrats 47% de la puissance Intégration simplifiée Tout bâtiment 28,85 36 kWc -‐100kWc Centrales au sol 0,03 % des contrats Tous types 12,00 >100kWc 7% de la puissance Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 33

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 25 : Tableau récapitulatif des structures photovoltaïques, de leur tarif d’achat par le CSPE, et de leur part dans le parc actuel français (Données extraites du syndicat des énergies renouvelables SER (www.ser.fr) et du rapport Charpin IGF 09/2010 p12 ) * au 01/10/2010 -‐ ** au 20/12/2009 Les Acteurs Le marché est clairement dominé par des fabricants étrangers. (Source données constructeurs -‐ EVO En 2010, le marché des fabricants étrangers est : • L’américain First Solar compte à lui seul 9,5% du marché • Les japonais Sharp, Sanyo, Kyocera, Mitsubishi cumulent 13% • Les chinois Suntech, SolarFun, Yingli, Trina, pèsent ensemble 30% • Les allemands Solarworld, Schott, Solon, Conergy sont à 13% • Les espagnols Siliken et Isofoton à 4%. Le marché des fabricants français • Tenesol a 1,13% de part de marché. • Photowatt à 0,5% • Auversun à 0,15%) Malgré des parts de marché faibles, on compte de nombreuses PME françaises dont certaines très innovantes : Appolon Solar, Solar Force, Nexcis, SOLSIA, EMIX. Les grands groupes français ont aussi monté leurs filières industrielles telles qu’EDF EN, Saint Gobain, Air Liquide, Total, GDF Suez. Leurs stratégies sont détaillées dans le point suivant. Filière française existante dans le photovoltaïque R&D : beaucoup de public, peu de privé Les technologies du silicium étant déjà maîtrisées par les autres acteurs, la France se positionne sur les technologies émergentes des couches minces, et des cellules de troisième génération. Ces travaux sont essentiels pour aboutir sur une cellule française de faible coût de production, ce qui est clairement un des points clés de la réussite (cf First Solar). Aujourd’hui ces travaux sont plutôt portés par le CNRS et notamment l’IRDEP. Une autre orientation des laboratoires et de la R&D portent sur l’intégration au bâti : • Faible poids • Matériaux flexibles • Production avec faiblement ensoleillement • Couleurs • Colles • Systèmes de fixations C’est plutôt dans ce sens qu’a été créé l’INES, en 2006 de la réunion du CEA, du CNRS, de l’Université de Savoie, qui joue le rôle de plateforme de développement technologique pour porter de nombreux projets. A l’image de l’ISE de Fraunhofer en Allemagne (voir plus bas). Peu d’initiatives du privé ressortent : • Total a par exemple investi dans le laboratoire LPICM de l’école polytechnique sur les couches minces Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 34

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • Saint Gobain Recherche SA participe à plusieurs projets européens dans les couches minces (principalement CIS) tels que BIPV-‐CIS, LARCIS6 • Semco travaille sur les procédés industriels dans son laboratoire Irysolar • ARMOR, spécialistes des encres et des films d’imprimerie s’est lancé dans un projet de cellules organiques (avec l’INES et le LCPO) • EDF est aujourd’hui le plus actif dans la R&D, au-‐delà de ses partenariats avec l’IRDEP et le CEA, il est aussi détenteur de la société Appolon Solar, laboratoire indépendant sur les procédés photovoltaïques dans le silicium (PHOTOSIL avec FerroPEM), les modules (NICE Technology avec Vincent Industrie) et les systèmes. Au total l’effort de R&D publique français est important : il représenterait 26 Millions d’euros (Source Rapport Charpin, schéma ci-‐contre). Mais tout est à relativiser : en Allemagne l’institut Fraunhofer des systèmes énergétiques solaires (ISE) est le plus grand institut de recherche solaire européen avec 830 collaborateurs et plus de 40 M€ de budget (2008). La France est ainsi classé 6ème en terme de dépenses R&D publiques en 2009 par l’AIE. (US :1, Allemagne : 2, Corée : 3, Japon :4, UK : 5, Source IEA PVPS). Figure 26 -‐ La filière Photovoltaïque française en prenant en compte les emplois, les aides publiques, la typologie des projets et les technologies -‐ Source : Rapport Charpin IGF 2010 Amont : • Un seul fabricant intégré : Photowatt est l’entreprise française historique dans le PV, et la seule à être verticalement intégrée, produisant des modules depuis le wafer à la transformation en cellule, jusqu’à l’assemblage. Cependant sa capacité de production de 70MW parait aujourd’hui trop faible pour s’imposer sur le marché. • Production de silicium : Excepté Photowatt, on ne compte que deux sociétés spécialisées dans la production de silicium. Emix, qui exploite un procédé industriel innovant de silicium polycristallin par coulée continue électromagnétique et creuset froid. 6 PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY, Development and current research, European Commission 2009 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 35

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • Les consortiums : De Photowatt s’est créée la société PV Alliance que nous pouvons qualifier de consortium car contrôlée par EDF Energies Nouvelles à hauteur de 40 %, de Photowatt à 40 %, et du CEA à 20 %. PV Alliance s’est spécialisée dans le développement de cellules photovoltaïques à haut rendement, avec le projet Solar Nano Crystal (190 M€) qui devrait permettre de produire des cellules à haut rendement et peu chères (unité pilote de démonstration LabFab (25 MW) en cours). Cependant la mauvaise santé financière de Photowatt semble avoir affaibli sa capacité de développement. Un autre consortium visant à créer une filière est aujourd’hui en train de se mettre en place, le collectif PV20, que nous abordons dans les filières émergentes. • Les fabricants de modules : La France compte 7 à 8 fabricants de modules, qui achètent majoritairement leurs cellules en Chine et en Allemagne (Q Cells). Parmi eux, Tenesol (filiale des groupes EDF et Total), Sillia, Fonroche, Auversun, France watts, Solaire Direct, Voltec Solar, et Solarezo. Ces sociétés sont bien implantées localement, ce qui facilite une intégration en aval pour une meilleure assurance de qualité. Car l’encapsulation des cellules conditionne en grande partie la fiabilité des modules. Elle représente également une diminution des coûts de logistiques : il est plus difficile de transporter un module que des cellules. Aval : • Développement de projet et installation : Du fait du dynamisme du marché et de son développement futur, l’aval constitue la majeure partie des acteurs économique dans le PV français. Ces emplois en augmentation considérable font le bonheur des régions car ils sont très présents au niveau local7. Ils sont aussi remis en causes car ils génèrent assez peu de valeur ajoutée : peu exportables, ils n’ont pas non plus favorisés l’industrie naissante française au profit de fabricants étrangers. Ils semblent également peu pérennes une fois l’objectif de capacité atteint. Du fait des tarifs d’achat élevés, ces emplois reviennent chers à l’état (voir plus bas). • Emergence de valeur ajoutée : Cependant on constate qu’il y a une certaine structuration de l’aval avec l’émergence de champions nationaux de l’exploitation : EDF EN, GDF Suez. notamment grâce à leur investissement sur de grosses centrales au sol PV. Ces acteurs ont pour ambition d’intégrer plusieurs briques de la chaîne de valeur (assemblage + installation + exploitation) dans la logique d’acquisition de positions fortes sur le marché local. Impact de la politique française et des collectivités sur le photovoltaïque Une disposition tarifaire et politique particulièrement favorable Depuis le 1er janvier 2006, l’Etat a accordé un crédit d’impôt jusqu’à 50% des équipements pour les particuliers (en habitation principale) de puissance inférieure à 3 kW. A cela s’ajoute un taux de TVA réduit à 5,5% et depuis la loi des finances 2008, la revente est exonérée d’impôt. Revirement de situation : Constatant une progression de + 47 % de la puissance raccordée de mars à juin 2010 et pour éviter un emballement du secteur avec 6000 MW de demandes de raccordement, le gouvernement a décidé de diminuer de 20 % le prix de rachat de 7 Propos tiré de l’interview d’Alexis Gazzo, Ernst&Young Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 36

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique lélectricité photovoltaïque en mars 2011. Un plafond de 500 MW par an pour les projets de production délectricité PV est mis en place. Avec à la clé un « coût pour la collectivité qui dépassera les 19 milliards deuros dici à 2033 » (date de fin des contrats dobligation dachat signés en 2013). Le rapport Charpin de 2010 souligne que pour 15.000 à 20.000 emplois générés, le PV coûte entre 40.000 et 50.000 euros par emploi et par an (en incluant le bénéfice en termes démission de CO2), soit plus cher que la réinsertion dun chômeur (autour de 36.000 euros par an). Cependant ce revirement de l’état est très mal vécu par les entreprises françaises qui voient leur carnet de commandes diminuer et certains projets annulés. En effet l’ADEME estime qu’il n’y aura que 2 GW sur les 6 GW de la file d’attente qui seront réalisés. Encourager la recherche et l’innovation : L’état français semble donc aujourd’hui relativiser le rôle des tarifs d’achats pour développer sa filière. Ce mécanisme aurait plutôt tendance à encourager la spéculation et donc coûter très cher à l’état alors que la technologie PV est encore loin d’être compétitive. L’IAE et les dernières études allemandes vont aussi dans ce sens (Rapport RWI – the german expérience). L’IAE recommande ainsi de considérer « policies other than the very high feed-‐in tariffs to promote solar photovoltaics, (…) such as publicly funded R&D’’. (IEA, 2007:77). Une stratégie de fond publique dans la R&D est donc privilégiée aujourd’hui par l’état à l’instar des AMI, AAP, démonstrateurs, pilotés par l’ANR et l‘ADEME dans le cadre des investissements d’avenir, ainsi que des fonds publics pour l’innovation d’OSEO. Les filières industrielles émergentes Reconversion : de nouveaux industriels Grâce au fort engouement pour les énergies renouvelables, certains industriels optent pour une reconversion vers le photovoltaïque. Le fabricant français MPO est un de ceux-‐là. Réussissant à se positionner sur la fabrication de CD/DVD et autres disques optiques face à Sony et Phillips, aujourd’hui, MPO veut transférer son savoir-‐faire du marché du disque moribond vers celui de photovoltaïque en pleine croissance. Polycristallin : la stratégie de PV20 Un consortium d’entreprises françaises du solaire, PV20, s’est créé début 2010, avec l’objectif de disposer en 2011 d’un panneau photovoltaïque « made in France » compétitif tablant sur la technologie la plus mature : le silicium polycristallin à mono-‐jonction, considérée comme la plus sûre et la plus productive. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 37

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 27 -‐ Schéma d’intégration de la future filière PV20 Pour réduire les coûts de fabrication et commercialiser des cellules dès 2011, PV20 compte sur ses partenaires, les 4 industriels MPO, Emix, Semco, Tenesol ainsi que l’INES, chacun maîtrisant sa spécialité et son rôle dans l’étape de fabrication : • Lingots de silicium pour Emix, avec des techniques de découpe permettant 40% de gains. • Modules et panneaux pour Tenesol, intégrateur, favorisant l’intégration au bâti, et bénéficiant donc de meilleurs tarifs pour les clients. • Lignes de production pour Semco, permettant des gains de production de 15% à 20%. • Métallisation et sérigraphie pour MPO avec 25 ans d’expérience • Recherche fondamentale pour le CEA-‐INES L’Objectif de PV20 est une production de 500MW en 2020 et dans les 5 ans, générer un chiffre d’affaires de 540 millions d’euros et créer 490 emplois, dont 59 en R&D et industrialisation. Acquisitions : la tactique des grands groupes Si nous avons vu précédemment que la plupart des grands groupes et des ETI avaient aujourd’hui des stratégies globales, elles n’en restent pas moins à l’écoute des marchés et certaines possèdent des stratégies fortes dans le PV. Soitec, dans la microélectronique, forte de son expérience dans le silicium, a acquis Concentrix Solar, entreprise allemande dans le CSP, pour commercialiser de nouvelles cellules de haut rendement pour le CPV. Arnaud Chaperon, directeur de Total Energies Nouvelles, nous a confirmé que son groupe préfère investir dans des grappes de startups très innovantes, principalement dans le PV pour dénicher les prochaines technologies de rupture. Le groupe Saint Gobain axe sa stratégie sur le PV intégré au bâti. Pour cela, elle a acquis Solarwood Technologies (Luxembourg) pour la production tuiles solaires en couches minces, qui permettent donc de bénéficier du plus haut tarif en intégration au bâti. Saint Gobain a également acquis Avancis (Allemagne) pour la production de cellule de technologie CIS. On constate seulement que ces acquisitions sont rarement en France, cependant il n’est pas Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 38

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique exclu qu’elle participe à des transferts de technologies pour de futurs implantations en France. Par exemple Total et GDF Suez ont eu pour projet (aujourd’hui en arrêt) de créer une unité de fabrication de wafers de silicium en Moselle. Synergies avec l’industrie du bâtiment et innovations sur les usages La filière du PV intégré au bâti ou BIPV (Building Integrated PV) a mis du temps à se structurer en France et ce n’est que récemment (fin 2009) que les premières offres françaises sont apparues sur le marché. L’état a aussi renforcé la législation pour accéder au tarif d’achat le plus élevé sur l’intégration au bâti et seul certains systèmes triés sur le volet répondant à des normes de sécurité incendie et d’étanchéité sont aujourd’hui éligibles. Bien sûr les industriels français tels que Photowatt et Tenesol vont dans ce sens et font contrôler leurs modules par le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), ce qui leur facilitent ensuite leur introduction sur des marchés notamment publics. Sur le plan des industriels on constate un rapprochement entre les industries du photovoltaïque et du bâtiment, par exemple entre Tenesol et Eternit (spécialisée dans les matériaux de couverture, de façade et de construction), EDF ENR et Temerys (Tuiles), France Solaire et Saint Gobain (tuiles solaires), Tenesol et AGC Glass Europe (vitre solaire)…Des industriels du bâtiment se lance aussi seuls dans l’intégration de modules photovoltaïque pour le bâtiment : Eternit, SMAC, Arcelor Mittal… L’avènement des maisons à énergies positives telles que le modèle BEPOS va participer à la standardisation du PV. Ainsi des promoteurs et constructeurs immobiliers nationaux ou régionaux tels que Bouygues ou Phénix, commencent à s’intéresser de près au PV comme élément de construction. Autre domaine, celui du mobilier urbain où de nombreuses synergies sont possibles. L’assembleur Solarquest a ainsi conçu en collaborant avec un cabinet de design une ombrelle photovoltaïque Figure 28 : Mobilier urbain Suntree servant de point de recharge pour véhicules électriques. Ces nouveaux usages dans les villes sont autant de marchés à prendre pour les industriels. Et cela permet aux collectivités d’être partie prenantes dans le développement de systèmes énergétiques innovants. Attirer des industriels étrangers Une autre stratégie consiste à convaincre des industriels de s’implanter en France pour un accès facilité au marché domestique et européen. L’américain First Solar s’est associé à EDF EN pour un projet d’usine près de Bordeaux, d’une capacité de plus de 100 MW, la plus élevé en France. Avec le récent revirement politique, le projet semble aujourd’hui compromis8. D’autres industriels étrangers profitent du marché du PV pour reconvertir leurs usines en France, à l’instar de Bosch près de Lyon avec une unité de fabrication employant 500 personnes. 8 Propos confirmé par Rob Gilette, PDG First Solar au colloque du SER 2/2/2011 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 39

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Peu de startups innovantes pouvant conduire à moyen terme à des filières industrielles Plusieurs start-‐ups se détachent du paysage français de par leurs ambitions et leurs technologies. Heliotrop en est une. De par son partenariat avec le CEA Liten, elle a établi une innovation de procédé dans les modules CPV et mise sur un assemblage 100% français. Les modules sont basés sur des cellules fournies par Emcore (Allemand), concentrent 1024 soleils et permettent, avec un rendement de 27%, d’atteindre un coût inférieur à 15c€/kWh dans des régions ensoleillées. Nexcis, spin-‐off de l’IRDEP, qui s’est associé STMicroelectronics, EDF et à IBM dans la production de cellules et modules photovoltaïques low cost à couches minces CGIS, dans le sud de la France pour 2013. Grâce aux synergies avec ses partenaires dans la microélectronique, elle a réalisé un pilote industriel démontrant la faisabilité de modules à 0,8 €/Wc, plus souples et plus légers pour faciliter leur positionnement sur des toitures, et affichant un taux de rendement supérieur à 10%. Son ambition est de se positionner rapidement en termes de capacité de production de façon à être compétitive. Une filière sur les équipements complémentaires ? Les équipements complémentaires hors modules dits « balance of system », tels que les onduleurs, disjoncteurs, transformateurs et automatismes, sont de plus en plus déterminants dans le coût des systèmes PV, d’autant plus depuis la baisse du prix des modules. Le français Schneider Electrics est bien positionné sur ce marché, notamment grâce à son acquisition de la société canadienne Xantrex en 2008 mais la fabrication est localisée en Allemagne. En plus de cela Schneider Electrics développe aussi des activités d’ensemblier, d’ingénierie, et de maintenance. Plusieurs autres entreprises se sont par exemple développées sur l’intégration au bâti avec des brevets pour les systèmes de cadres en acier. Tous ces industriels d’équipements complémentaires peuvent viser un marché mondial sans dépendre spécifiquement du marché français. L’enjeu est pour elles d’une part la capacité d’innovation et la visibilité internationale. Conclusion La majeure partie des installations PV ont moins de 3 kW et sont installées par des particuliers. Or, l’intérêt des particuliers va dans l’achat de panneaux peu couteux et donc le plus souvent étrangers. Ce type d’installation ne va donc pas dans le sens de l’achat de panneaux français. Cette démarche doit être réorientée et les meilleurs tarifs d’achats sur l’intégration au bâti vont dans ce sens. La récente réorientation de l’état semble avoir assommé la filière française, et de nombreux projets sont annulés, tous citant « un manque de vision à long terme et une instabilité politique » ne favorisant pas l’investissement. Le développement d’une filière en France peut suivre deux types de modèles : • L’émergence de «pure players» sur le modèle américain ou le modèle allemand du «mittelstand» • Le développement d’industriels existants sur ce segment, par croissance interne ou externe (modèle japonais) Pour l’instant, les caractéristiques de l’industrie française laissent penser que la deuxième voie est la plus adaptée malgré l’investissement moyen des grands groupes français dans le photovoltaïque à l’exception d’EDF EN. Certains restent convaincus que la production manufacturière n’a pas sa place en France, tant l’avance de l’Asie dans ce domaine est Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 40

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique forte9. Il reste donc à se concentrer sur le reste de la chaîne de valeur, la R&D et l’aval. On constate en France un véritable effort d’investissement public réalisé dans le secteur de la R&D qui pourrait se révéler payant à moyen ou long terme s’il se traduit par un développement industriel (spin off à l’image de Nexcis). La France serait gagnante à rassembler ses différents laboratoires autour d’une vision commune pour peser sur un plan international et même européen face à des plateformes telles que l’institut Fraunhofer. Les technologies de seconde et troisième génération pourraient être de véritables relais de croissance de la filière car il n’y a que peu d’interdépendances entre les générations de technologies (différents matériaux) et le retard pourrait être comblé. Cependant leurs rendements les rendent encore incertaines et lointaines (horizon 2020). Il n’en reste pas moins que l’essor d’un ou deux champions nationaux est vital, faute de quoi la France sera marginalisée dans ce secteur économique majeur pour l’avenir. La filière classique du silicium cristallin, qui représente plus de 80% du marché, risque d’avoir de grosses difficultés au vu de la concurrence, et le gouvernement semble ne plus y croire10, à moins de développer rapidement un panneau fiable, performant, économique et intelligent. On constate aussi qu’aucun industriel n’est tourné vers l’export. 9 Propos tiré de l’interview d’Arnaud Chaperon, PDG de Total Nouvelles Energies 10 Propos tiré de l’interview d’Alexis Gazzo, Ernst&Young et du rapport Charpin Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 41

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3.5. L’industrie Solaire thermodynamique Nous avons vu précédemment que le solaire à concentration nécessitait un très fort ensoleillement, une faible humidité et des zones pouvant accepter de grandes emprises foncières. Il est ainsi particulièrement adapté au sud-‐ouest américain, au Moyen-‐Orient, au pourtour méditerranéen, aux déserts dAustralie ou du Chili. Dans ce contexte, comment développer une industrie sur cette technologie en France, avec une quasi impossibilité de marché domestique ? En France le solaire thermodynamique semble oublié, du moins par le grand public. Pourtant des industriels et des institutions publiques nourrissent de grandes ambitions à son égard. L’Allemagne possède encore une fois une longueur d’avance et a développé toute une industrie tournée vers l’international. Rappelons que le solaire thermodynamique vise la compétitivité avec l’énergie conventionnelle d’ici à 2020 aux heures d’ensoleillement maximales et 2030 pour une compétitivité en base jour et nuit, grâce à ses capacités d’absorber l’intermittence. Ordres de grandeur : Les Etats-‐Unis et lEspagne sont actuellement les deux marchés les plus importants et les plus attractifs car ils bénéficient dun contexte réglementaire très favorable. Globalement, lAssociation européenne délectricité solaire thermique (Estela) évalue la capacité installée à environ 450 MW dans le monde fin 2008, et 700 MW en 2009, donc une forte progression mais qui reste encore marginal par rapport au photovoltaïque. Toutefois il y a de très gros projets en prévision, près de 17 GW en cours de développement et un objectif potentiel de 70 GW en 2020 dans le monde. Ce qui laisse la possibilité à des industriels français de capter des marchés. En France, il n’existe que peu de sites avec un ensoleillement direct suffisamment bon pour que s’installent des centrales solaires à concentrations. Les spécialistes estiment tout de même que le sud de la France (1200kWh/an) pourrait en accueillir avec un rendement de 10% inférieur aux centrales Andasol de l’Espagne. Mais le pourtour du bassin méditerranéen peut tout de même accueillir des démonstrateurs qui seront les vitrines technologiques des laboratoires. En France : Pas d’objectif de développement pour Pas de quota de croissance 2020. Parc installé pour 2013 en France 2 démonstrateurs : Emplois en 2011 : ? • PEGASE (Themis) 2MW 50 sociétés actives recensées par le SER • ALBA NOVA (Corse) 12MW Tarif dachat fixé : 32,823 c€/kWh Production annuelle estimée pour 2013 : Durée de 20 ans (pas de limites de durée de 24 GWh fonctionnement / an) Soit la consommation de 10 000 habitants. (Source Solar Euromed -‐ MEDDTL 2009 -‐ SER) Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 42

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Segmentation de l’offre et de la demande En raison de l’absence de marché domestique (pour l’instant), le marché est complètement tourné vers l’export dans les pays à fort ensoleillement. Cependant différentes applications et installations sont possibles et viennent segmenter le marché : • Production d’électricité raccordée aux réseaux (installations de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de MWe) dans des sites à très fort ensoleillement : entre 50 et 60 % • Production d’appoint sur des centrales de production électrique existantes à combustible fossile avec des installations de 20 à 100 MWth : entre 10 et 15 % • Electrification de zones urbaines de taille moyenne (installations de 1 à 50 MWe à proximité des sites de consommation) dans les pays en développement de la ceinture solaire, avec une forte consommation en période diurne (stockage de courte durée pour la pointe de fin de journée) : entre 10 et 15 % •Production d’électricité ou cogénération pour des industries spécifiques, électro-‐intensives (industries de transformation, mines, dessalement d’eau de mer), avec des installations de 20 à 50 MWe et un fort besoin de stockage: entre 10 et 15 % • Electrification de sites isolés entre 0,1 MWe et 1 MWe avec petit stockage : Figure 29 : Répartition en puissance installée des centrales entre 3 et 5 % solaires thermodynamiques en fonction de leur taille, pour • Production de chaleur pour des sites 2020 selon l’AIE industriels avec des installations allant de 1 à 50 MWth : entre 1 et 2 % Les acteurs En simplifiant, on peut considérer les centrales solaires à concentration comme des gros projets d’infrastructures industrielles assez classiques, comme on peut en trouver dans les secteurs du pétrole ou du gaz. Cette remarque a d’ailleurs été faite par M. Gazzo, consultant dans les énergies à Ernst&Young. Le solaire thermodynamique regroupe donc un grand nombre de métiers : R&D, Ingénierie, fabricants de réflecteurs, récepteurs, équipements électroniques, thermiques, fluides caloriporteurs, machines thermodynamiques, infrastructures, automatismes, stockage d’énergie, développement, exploitation, maintenance, etc. Du fait qu’il n’y ait pas de marché domestique, il n’y a pas ou très peu de sociétés étrangères spécialisées dans le SCT sur le marché français. Mais tous les différents métiers de cette industrie peuvent être représentés par des acteurs français tels qu’Areva, Alstom, EDF, Saint Gobain, dont la présence mondiale est significative. Filière française existante dans le thermodynamique La filière STC en est encore au stade du développement mais quelques démonstrateurs sont déjà en fonctionnement. Le premier, en 1969, fût le grand four solaire à Odeillo dans les Pyrénées (2400 heures annuelles de ciel clair). Cette installation atteignait une puissance de 1 MW et des températures de 3200 °C. Après cette première étape la décision fut prise de construire la centrale expérimentale à tour de Thémis, située à Targasonne, non loin Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 43

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique dOdeillo. Cependant, le coût du kWh produit par Thémis était supérieur aux attentes, (coût de mise au point du prototype) ce qui a conduit rapidement à larrêt de la centrale en 1986. Composants R&D Ingénieurie Clés Equipements Exploitation Maintenance Alstom Power : EDF R&D : R&D et ingénierie fabricant de machines thermodynamiques, Ensival Moret : Fabricant de matériel ingénierie et maintenance/exploitant thermique industrielle Rhodia : Fluides caloriporteurs Areva Solar : R&D, ingénierie, fabricant de Saint Gobain Solar : R&D et ingénierie réflecteurs, de récepteurs, constructeur et Schneider Electric : Fabricant de matériel maintenance industrielle électrique Bertin Technologies : Siemens SAS : R&D, ingénierie, fabricant R&D, ingénierie et développement de réflecteurs et récepteurs, maintenance CEA-‐INES : R&D industrielle et fabricant de machines CNIM : Développeur, exploitant et thermodynamiques Dalkia : Développeur, exploitant et constructeur Solar Euromed : R&D, ingénierie et maintenance industrielle développeur Defi Systèmes : Stockage d’énergie Technip : Ingénierie et développeur Total : Développeur et investisseur Une R&D active avec des projets pilotes Depuis l’arrêt de la centrale Thémis en 2003, les laboratoires du CNRS -‐ Promes à l’origine du projet se sont recentrés sur de la recherche plus fondamentale (transferts thermiques, cycles thermodynamiques). En 2003, des programmes de R&D de centrales à concentration solaire sont relancés. Ainsi, le projet Pégase redémarre sur le site de Themis mais utilise des matériaux plus performants et incorpore un appoint par turbine à gaz. La société Solar Euromed et Promes conçoivent pour fin 2011 la centrale Alba Nova 1 en Corse d’une puissance de 12 MW sur 50 hectares. Elle accueillera également de nombreux programmes de R&D dans l’hybridation, le dessalement. Le pôle de compétitivité CAPENERGIES, basé à Cadarache, développe aussi le projet LUG des centrales thermodynamiques solaires basse température ainsi que le projet RE MISCT de centrales à faible puissance non raccordée au réseau. La CNIM qui fournit la chaudière de la tour Thémis, réalisa également le premier pilote français de centrale à miroirs Fresnel. Ces démonstrateurs sont absolument stratégiques car ils permettent aux acteurs de valoriser leur technologie et leur savoir-‐faire, et ainsi de gagner des appels d’offres pour les futures constructions. Savoir-‐faire industriel reconnu Selon Alexis Gazzo, spécialiste du secteur énergie chez Ernst&Young, la France a un vrai savoir-‐faire industriel reconnu dans la mise en œuvre de projets industriels importants. EDF a été le principal maître d’ouvrage des projets pilotes. Mais nous pouvons également citer la CNIM ou ALCIMEN de ALCEN qui fournit des centrales à miroirs Fresnel. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 44

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Des compétences existent aussi sur certains composants clés, tels que les réflecteurs avec : • Saint-‐Gobain (qui a aussi mis au point une céramique qui stocke la chaleur), • Alstom pour les turbines • Rhodia et Arkéma pour les fluides caloporteurs de • Lafarge pour le stockage de la chaleur par le béton • Veolia et sa filiale Dalkia ont aussi proposé des projets dans plusieurs pays et ont répondu à des appels d’offres avec SolarReserve en utilisant leurs compétences en stockage sur sels fondus (Maroc, Algérie) Impact de la politique française Une relative absence de politique… jusqu’à peu Même s’il subsiste encore des compétences académiques, l’arrêt de la centrale Themis n’a pas encouragé la filière industrielle à davantage se structurer. On constate même qu’il y a également une certaine frilosité à l’égard des gros projets industriels dans le SCT en France. Exemple du projet de centrale Solenha de Solar Euromed dans les Alpes du Sud qui fût classé Seveso (Site classé à haut risque selon des études environnementales portant sur la nature des produits dangereux). Le solaire à concentration est également absent du grenelle de l’environnement, ce qui peut paraître évident par rapport à l’ensoleillement de la France. Cependant depuis 2009, observant le potentiel de ce marché, l’ADEME, le SER et les principaux acteurs français des filières ont établi ensemble une feuille de route pour structurer la filière d’ici 2015. La filière émergente Des projets d’envergure pour soutenir la filière Le Plan solaire méditerranéen (PSM) doit permettre à des pays du sud du bassin méditerranéen, de développer une production d’électricité verte. Leur faible capacité de financement serait compensée par les revenus de l’exportation d’une partie de l’électricité produite vers l’Europe. Mais cela nécessite d’ici à 2020 d’accroître de 4 GW les capacités actuelles du réseau de transport. A ce jour, seule une double ligne d’1,4 GW relie l’Europe à l’Afrique, sous la mer au niveau de Gibraltar. Pour cela le projet Transgreen (EDF EN, Areva, Veolia, Alstom) permettrait de transporter 5 GW de la rive sud de la Méditerranée vers l’Europe pour favoriser la commercialisation de l’énergie solaire, et permettre la construction et l’exploitation d’infrastructures. Le projet Desertec, initiative privée d’un consortium créé en 2009 autour de douze entreprises majoritairement allemandes mais dont fait partie Saint Gobain, a aussi pour but de produire une électricité verte (solaire thermodynamique et éolien) en Afrique du Nord et d’en exporter une partie vers l’Europe. Le Plan solaire marocain, cohérent avec le Plan solaire méditerranéen, prévoit la construction, entre 2015 et 2019, d’une capacité de production électrique de 2 GW utilisant l’énergie solaire. Un premier appel à projet fin 2010 concerne 500 MW qui pourraient être soit PV, soit SCT. Enfin, le consortium Africasol, constitué de 12 entreprises françaises (dont Areva, Total et Veolia), a présenté également un projet d’électrification de l’Afrique subsaharienne. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 45

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique La puissance des grands groupes français De nombreux gros industriels dans différents secteurs d’activité s’intéressent à cette énergie. De grands énergéticiens déjà positionnés sur le marché mondial montent en puissance, notamment grâce à des acquisitions. • AREVA avec le rachat d’AUSRA, une start-‐up américaine dynamique • ALSTOM, vient aussi de prendre une participation significative dans BrightSource Energy, qui succède à Luz (voir état de l’art) et a décroché de nombreux marchés sur le sol américain • Total, est quant à lui partenaire financier, avec Abengoa (Espagne) dans le cadre d’une centrale cylindro-‐parabolique à Abu Dhabi, pour une valeur de 100 M$ Les systémistes Dans une même approche que pour le PV, Schneider Electric est intéressé par l’électrification et le couplage, plus particulièrement aux micro-‐réseaux avec des systèmes autonomes de petite capacité (100 kWe, parabolique). La PME Exosun, fabricant de trackers et d’héliostats, supports articulés pour suivre la course du soleil, commence à prendre de l’importance, notamment en équipant les nouveaux héliostats de Pégase –Thémis. Conclusion Alors que la place du photovoltaïque serait au plus proche des consommateurs, c’est-‐à-‐dire sur le toit des immeubles et des entreprises, le solaire thermique est plus économique en grandes unités loin des habitations, de puissance de 50 à 200 mégawatts. La France dispose de l’essentiel des compétences techniques à mobiliser pour de tels projets. Ainsi même si la filière du solaire thermodynamique est destinée à l’export, elle peut être une source d’emploi conséquent en France. Au contraire du PV qui est un marché de masse tiré par la baisse des coûts, le solaire à concentration nécessite une forte technicité, où une main d’œuvre qualifiée et plus chère telle qu’en France peut avoir sa place. Une telle filière reste donc à construire, le retard technologique étant par ailleurs susceptible d’être comblé en grande partie à court terme par des grands groupes, ce qui est important car c’est une technologie fortement capitalistique. L’enjeu principal, pour la France est la capacité à élaborer une offre structurée et suffisamment solide, comme en Italie avec le collectif Solare XXI (porté par Technit). Il lui faut également être en mesure de prendre des parts de marché à l’international. Aussi, il serait souhaitable de se coordonner comme en Allemagne où le ministère pilote des programmes de coopérations pour l’export. Ces nouveaux marchés constituent également une opportunité pour la constitution d’un tissu de PME sous-‐traitantes, indispensables pour la fourniture d’une partie des multiples composants nécessaires à la construction des centrales STC Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 46

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3.6. L’industrie de l’Eolien terrestre et offshore C’est clairement l’énergie intermittente la moins chère et la plus productive en France. L’éolien terrestre joue un rôle indispensable dans les objectifs du grenelle de l’environnement. Le grief principal contre les éoliennes en France se situe sur les pollutions visuelles et sonores. Pour son acceptation, l’état a donc mis en place le dispositif ICPE (Installation Classée pour la Protection de l’Environnement) qui est sensé régler les contentieux et diminuer les recours. Malgré ces lourdeurs administratives, le marché domestique français est assez dynamique et progresse. Pourtant la France accuse un retard industriel considérable sur cette technologie. L’état français mise beaucoup sur l’offshore pour y remédier. Le marché de l’éolien (95% terrestre) demeure très concentré puisque les cinq premiers acteurs mondiaux détiennent près de 90% du marché. Les enjeux en termes de création d’emplois sont très importants. Forte d’un taux de croissance annuelle de plus de 25% dans le monde, la filière éolienne a déjà permis la création de plusieurs centaines de milliers d’emplois dans le monde. • 100 000 personnes en Allemagne • 40 000 en Espagne • 154 000 dans toute l’Europe. • Une étude d’EWEA indique que durant les cinq dernières années l’énergie éolienne a permis la création de 33 emplois par jour. En France, l’enjeu est de passer de 10 000 emplois en 2009 à 60 000 emplois en 2020, ce qui représenterait 1/3 des emplois créés ou sauvegardés par les EnR (200 000 emplois). Ordres de grandeur de l’éolien français Parc installé 2010 Objectif 2020 : 5322 MW (+25% en 1 an) seulement en 25 000 MW pour l‘éolien terrestre éolien terrestre. 6000 MW pour l’éolien offshore Production annuelle 2010 : 6,5 TWh Croissance future / an : soit 1,8% de la consommation française sur 2 000 MW pour l‘éolien terrestre 1 an, l’équivalent de la consommation de Appels d’offres successifs pour l’offshore 790 000 Français. Tarifs dachat fixés : Emplois en 2010 Terrestre : 8,2 c€/kWh sur 10 ans puis de 2,8 11 000 emplois recensés à 8,2 c€/kWh pendant 10 ans selon le acteur de charge. Offshore : 13c€/ kWh sur 10 ans puis de 3 à (Source SER FEE 2010 -‐ Rapport Windustry 13 c€/kWh pendant 10 ans selon la France – Capgemini 2010) production. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 47

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Segmentation de l’offre et de la demande La seule segmentation et typologie de ce marché réside dans la distinction terrestre/ offshore, les petites éoliennes et autres éoliennes à axe vertical étant encore très marginales. Il n’y a pour l’instant aucun parc offshore en France. Pour le terrestre comme pour l’offshore la répartition du parc s’effectue selon les zones ventées et d’autres critères liés à l’implantation (paysage, zone de pêche, etc.). La France dispose de 3 zones géographiques où soufflent des régimes de vent différents : • Façade Manche-‐Mer du Nord • Front atlantique • Zone méditerranéenne. Pour le terrestre, il y a des schémas régionaux qui se sont mis en place et certaines régions sont en avance sur les autres, selon leur potentiel de vent et la place disponible. La Bretagne, par exemple dispose de 71 parcs d’un total de 354 éoliennes avec 500MW installés. Pour l’offshore, le gouvernement a sélectionné cinq zones d’une surface totale de 533 kilomètres carrés pour un premier appel d’offre d’une puissance de 3.000 MW : • Le Tréport (Seine-‐Maritime, Somme) avec 750 MW • Fécamp (Seine-‐Maritime) avec 500 MW • Courseulles-‐sur-‐Mer (Calvados) avec 500 MW • Saint-‐Brieuc (Côtes d’Armor) avec 500 MW • Saint-‐Nazaire (Loire-‐Atlantique) avec 750 MW Les Acteurs Les part de marché en France tous constructeurs confondus : Figure 30 -‐ Répartition par constructeur de la puissance installée totale fin 2010 – Source SER-‐FEE Sur l’année 2010, le constructeur d’éoliennes allemand Enercon domine le marché avec environ 400 MW installés et détient 23,6 % des parts de marché sur l’ensemble du parc éolien français. Les autres grands constructeurs présents en France, REpower, Vestas et Nordex, dépassent largement les 10 % de parts de marché. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 48

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 31: Par installé en 2009 par constructeurs -‐ Source SER-‐FEE L’industrie française dans l’éolien ne compte aucun fabricant dans le top 10 mondial. Vergnet est le seul fabricant 100% français. Sa part de marché en 2010 est de 1,4 %. Pourtant l’industrie française compte de nombreux acteurs, mais ils n’interviennent que dans quelques échelons de la chaîne de valeur : • IFREMER • Alstom (exception: fabrique ses éoliennes en Espagne) • Areva • DCNS • EDF EN • GDF-‐Suez, Leroy Somer • Nass & Wind • Nexans • Poweo • Saipem • Technip • Vinci. Filière française existante dans l’éolien Sur 11.000 salariés en France en 2009, la filière éolienne se répartit sur le schéma suivant : • 90% de ces emplois se situe dans l’exploitation et l’installation • 3% dans la fabrication • 7% dans la maintenance Une R&D quasi inexistante La France n’a clairement pas misé dans les activités de recherche sur la filière éolienne terrestre car aucun grand institut ni aucun grand laboratoire reconnu en la matière n’existe encore en France. On constate toutefois des tentatives de R&D publique et privée sur l’éolien en milieu marin. Un exemple est le projet d’éoliennes flottantes Winflo, porté par 6 industriels dont Nass&Wind, un exploitant et bureau d’étude particulièrement dynamique sur la région Bretagne, et les laboratoires IFREMER et ENSIETA, et fortement poussé par les élus du Conseil de Bretagne (La croix janvier 2011). Sur le plan international, des poids lourds de l’éolien Offshore commencent aussi à proposer des produits flottant. Siemens et Vestas ont des projets très sérieux sur ce domaine. Vertiwind, un autre projet français d’éolienne flottante à axe vertical, est piloté par Technip Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 49

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique France avec pour partenaires Nenuphar, EDF France, Seal Engineering, Université du Sud Toulon Var (USTV), Bureau Veritas, Arts et Métiers Paritech. Des sous-‐traitants actifs Contrairement à une idée souvent répandue, la France recense plus de 140 entreprises françaises11 œuvrant dans l’industrie éolienne en tant que sous-‐traitants. Leurs compétences vont de • La construction • La fonderie • La métallurgie • L’électronique • Le génie électrique • Les services industriels aux différentes étapes de la fabrication • La mise en service et le fonctionnement des installations Une filière qui présente donc une importante diversité d’activités et souvent bien implantée à l’international. On peut noter que certains experts des domaines de l’automobile et de l’aéronautique français utilisent leurs expertises pour se positionner sur la filière éolienne. • EADS se positionne maintenant comme fabricant de pales. • Aérocomposite Occitane s’est également spécialisé dans la fabrication de pâle de grandes tailles (15m) et a développé deux sites de production • Céole, Issu du monde de la métallurgie, se spécialise dans les mâts (entre l’embase et la nacelle), de 80 ou 105 mètres de haut. Un matériel lourd et coûteux à transporter qu’il vaut mieux réaliser localement. La société s’appuie sur Vestas qui a amené la technologie et fournit les matières premières tandis que Céole lui ouvre le marché français. Des champions inconnus La société vendéenne ROLLIX DEFONTAINE a développé son activité de conception de roulements à billes pour pâles d’éolienne grâce aux marchés danois, allemand et espagnol. Sollicitée à l’origine par un client américain, elle a équipé jusqu’à aujourd’hui 27 % du parc mondial et elle fournit des clients partout dans le monde. 97% de sa production est destinée à l’export. D’autres entreprises, telles que LEROY-‐SOMER (génératrices) ou SIME (freins), ont également développé des produits considérés comme des références au niveau mondial. Grands groupes : présents mais en retard La présence de grands groupes tels qu’AREVA, EDF EN, GDF Suez, Technip, dans les 5 activités prépondérantes de la filière est une force. C’est la base nécessaire à la création d’une synergie et d’un apprentissage accéléré (construction des fondations, raccordements au réseau électrique, installation, exploitation et maintenance). Mais malgré leur dynamisme, il y a un réel décalage, de plusieurs années, avec la filière allemande par exemple. 11 Rapport Windustry France – SER FEE Capgemini 2010 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 50

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Constructeur intégré : Un seul, Vergnet C’est finalement le seul constructeur français fabriquant complètement en France, Vergnet se distingue en raison des spécificités propres de ses machines conçues pour les régions cycloniques. Elles ont notamment la capacité de se rabattre au sol en cas de tempête ou pour opération de maintenance. On retrouve ces éoliennes essentiellement dans les DOM-‐COM et dans le monde entier grâce à ses 17 filiales, et ce depuis plus de 15 ans. Aujourd’hui la société souhaiterait l’appui d’un grand groupe, afin de pouvoir occuper définitivement le marché de l’éolien compétitif. Jeumont Energy, un autre fabricant français a définitivement arrêté sa production en 2007 à cause de nombreux problèmes de qualité et d’assurance qui selon des distributeurs ont discrédité la filière française pendant un temps (Source Usine nouvelle). Alstom est monté en puissance grâce à l’acquisition en 2007 de l’espagnol EcoTecnia (15% du marché en 2008) et se positionne aujourd’hui grâce à cela sur le marché mondial. Impact de la politique française et des collectivités Un soutien très réglementé La technologie éolienne étant mature, l’Etat français soutient son développement dans le projet Eole 2005 depuis la fin des années 1990. Un tarif d’achat a donc été mis en place mais ce n’est vraiment que depuis 2006 et le Grenelle 1 que le parc a très rapidement progressé. Le classement en ICPE (Installations classées pour la protection de l’environnement) depuis le Grenelle 2 a alourdi les procédures. Ainsi, les professionnels sentent un climat de défiance s’accentuer ces dernières années. L’IAE pointe le fait qu’à cause de cela, le rythme envisagé pourrait se ralentir et ne plus correspondre aux objectifs de 2020.12 En effet même si l’état garanti 500 mâts par an, une croissance de 1000 MW par an tel qu’en 2010 sera insuffisante pour tenir l’objectif. L’augmentation des taxes et impôts sur les installations (IFER) n’aide pas non plus à améliorer les choses. Les régions impliquées L’implication de la région est également déterminante pour l’éolien. Monsieur Dominique Ramard, Président de la commission environnement de la région Bretagne, interviewé pour cette étude, nous explique qu’un pacte électrique breton a été mis en place dans lequel il est prévu de passer de 50 MW à 1800 MW en 2020. Les objectifs vont au-‐delà du cadre du Grenelle. Selon Monsieur Ramard, La région doit aussi jouer le rôle de médiateur entre les nombreux dispositifs règlementaires parfois contradictoire à respecter. Un poids considérable de la politique sur la création de filières En termes de politique volontariste, le cas du Portugal est symbolique et fais souvent valeur d’exemple. En effet le pays a réussi à développer une filière industrielle avec un objectif de d’installation de 2000 MW avec transfert de technologie, grâce à la construction un cluster éolien représentant 2000 emplois directs et quelques 5500 emplois indirects. Il faut cependant relativiser son succès de par l’autorisation spéciale européenne de non 12 Source rapport IAE France 2009 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 51

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique concurrence favorisant les entreprises locales (Source Colloque SER, Carlos Pimemta-‐ ENEOP Cluster). Grâce aux appels d’offres de 6000 MW sur l’éolien offshore, l’état français a enfin l’occasion de pouvoir réaliser le même type d’opération qu’au Portugal. Les filières industrielles émergentes Une filière terrestre qui se structure Les entreprises françaises disposent de nombreuses compétences et d’un savoir-‐faire transférable. Ainsi, des clusters se sont créés. Certains se fédèrent pour être plus visibles, d’autres sont plus axés sur des activités de formation ou de recherche. Exemples (Rapport Windustry): • Néopolia : près de 130 entreprises dans un rayon de 60 km avec des compétences dans l’aéronautique et la fabrication de navires. • Le Groupe Chastagner : 6 entreprises avec des programmes de formations validés par les organismes de certifications les plus réputés. • Le BRA (agence de développement économique de Bordeaux-‐Gironde), disposant d’infrastructures logistiques importantes, et d’un potentiel conséquent en recherche et des formations. • Mécanic Vallée : 96 manufacturiers orientés vers l’aéronautique, l’automobile et les machines-‐outils • Le pôle Eolien Lorrain : 11 entreprises dont 7 en fabrications de composants et 4 en maintenance de parc Autour de l‘éolien offshore En termes d’investissement, le parc Offshore représente un montant compris entre 500 millions et 1 milliard d’euros. De nombreux acteurs ou sous-‐traitants communs avec l’éolien terrestre s’impliquent pour l’offshore. Avec quelques différences, car la construction d’éolienne Offshore du fait de la masse et de la grandeur des différents éléments de sa structure doit se dérouler au plus près du lieu de mise en place. Ainsi, des retombées locales en termes d’emplois sont à prévoir. Les ports français par exemple jouent un rôle important sur le plan économique et sont dotés d’une infrastructure adaptée à la construction et à l’assemblage des composants des éoliennes. En Bretagne, le Pole Naval et Neopolia, clusters de chantiers navals, sont parties prenantes Figure 32: Industriels français dans léolien Offshore-‐ Source SER dans les appels à projets. 52 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Deux grands constructeurs français au rendez vous Areva a de grandes ambitions pour l’offshore et se positionne en acteur complètement intégré. En 2009, Multibrid, filière d’Areva devait d’ailleurs équiper le premier parc éolien Offshore situé en Seine-‐Maritime à Veulettes-‐sur-‐mer. La construction du parc a été repoussée par des pétitions engagées par des résidents secondaires. Pour l’offshore Areva a développé la première éolienne de 5MW. Cette éolienne est conçue pour résister aux caractéristiques du milieu marin très contraint. Areva a déjà testé ses modèles dans la mer du Nord en Allemagne et aussi en Ecosse. Selon Jay Boardman, CFO d’Areva Wind (vu au colloque BPCE « Financer la croissance verte »), la fabrication est aujourd’hui allemande mais s’il décroche le contrat, chaque centaine de MW générera 3000 et 4000 emplois locaux directs et indirects. Areva s’associerait à GDF Suez pour l’exploitation des parcs offshore français. De l’autre côté, une association entre deux industriels, EDF Energies Nouvelles et Alstom, ont annoncé la signature d’un accord exclusif pour répondre conjointement à l’appel à projets Offshore. Alstom fournirai également pour le projet un modèle d’éolienne offshore de 6 MW, disponible sur le marché pour 2013. Ce projet industriel nécessite plus de R&D et pourrait aboutir à la création en France de plusieurs usines pour la production et l’assemblage de composants et donc à de l’export. Notons au passage qu’EDF a déjà de l’expérience dans l’éolien Offshore avec des plusieurs parcs en fonctionnement au large de l’Angleterre. Et les petites éoliennes individuelles ? Tout comme les panneaux photovoltaïques ont été massivement acceptés par les particuliers, l’éolien de petite capacité pourrait aussi connaître un développement intéressant. En 2009, on comptait seulement 1000 mats pour le petit éolien contre environ 10500 au Royaume-‐Unis. Deux acteurs français, Weole energy et windeo tirent leur épingle du jeu. Ils proposent soient : • Des petites éoliennes collectives de 10 kW • Des éoliennes à mettre sur les toits des maisons et pouvant être utilisé à titre individuel de 1 kW Cependant la réglementation française très contraignante bloque aujourd’hui leur développement. Conclusion Pour la France ce marché représenterait 20 à 30 milliards d’euros sur la décennie 2010-‐2020. Le marché du terrestre est dès aujourd’hui, un marché de masse où les investissements sont importants et où la France doit se positionner. Les professionnels de l’éolien (FEE et ADEME) estiment que le développement tant attendu de l’industrie française dans l’éolien offshore proche (jusqu’à 1 ou 2 km des côtes) n’est pas possible sans un développement industriel concomitant dans l’éolien terrestre. En effet, les compétences sur ces deux technologies sont relativement similaires et de nombreux acteurs peuvent se positionner sur les deux segments. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 53

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Les grands chantiers de l’offshore ordonnés par l’Etat donnent de l’espoir. Ainsi, les industriels s’organisent (syndicat FEE, Areva, Astom, EDF EN, GDF Suez) et comptent bien remporter une part importante de ce nouveau marché. En second lieu, la construction d’une filière éolienne française doit s’effectuer avec une dimension européenne, en s’appuyant sur les compétences et en développant des synergies avec les grands donneurs d’ordre européens. Les grands chantiers des parcs offshores en Angleterre en sont un exemple. Enfin, le développement industriel de la filière éolienne doit prendre en compte l’ensemble de la chaîne de valeur : Les investissements de constructeurs ou turbiniers éoliens doivent être développés et favorisés, de même que celui des fournisseurs de rang 2 qui peuvent provenir d’autres secteurs d’activités (automobile, ferroviaire, aéronautique, chantiers navals, etc.). En s’appropriant la sous-‐traitance du marché domestique les industriels pourraient d’une part développer leurs activités dans l’hexagone et de l’autre part d’être actif sur le marché de l’export qui offre de larges perspectives. Avec peu de grosses innovations à venir, le développement d’une filière française dans l’éolien réside dans sa capacité à d’abord prendre des marchés nouveaux, tel que l’offshore. Les entreprises doivent s’organiser pour offrir une offre cohérente. En outre, avec sa façade maritime importante et ses infrastructures de qualité, notre pays se prête à la construction et à l’export par voie maritime des grands sous-‐ensembles requis pour l’assemblage d’éoliennes. Une vision internationale et domestique du marché éolien qui va de pair avec un enjeu de création et de maintien d’emplois à la clé. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 54

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 3.7. Synthèse : comparatif des trois industries Solaire PV Solaire concentré EolienCroissance marché Très forte : X2 Très forte +50% Très forte +30%mondial 2009-2010Parc installé en 1000 MW 14 MW 5322 MWFranceCroissance marché X2 en 2 ans 0 (marché à l’export) +25%français 2009-2010Objectif 2020 5400MW Non existant 25000MWEmplois 15 000 n.c. (±50 entreprises) 11 000Tarif d’achat 12 à 46c€/kWh 32,8 c€/kWh 8,2 à 13c€/kWh CNIM Areva, Alstom, EDF, Tenesol Alstom, AlcimenActeurs industriels Vergnet Photowatt Areva Solar/ fabricants EADS, Ceole Auversun, Fonroche Dalkia, Rhodiafrançais Rollix Defontaine, Leroy Saint Gobain Saint Gobain Somer, Sime Solar Euromed Faible mais avec du Moyenne : très diffuse,Puissance Moyenne : quelques ETI potentiel (grands beaucoup de sousindustrie française (<3% marché français) groupes) traitants (rang 2 et 3) Importante : Quasi inexistante pour IRDEP, INES, LPICM Relativement faible le terrestreR&D publique + fonds OSEO, ANR, CNRS, CAPENERGIES Offshore : IFREMER, ADEME ENSIETA Faible AREVA, Faible : EDF EN, Semco + Faible CNIM, SolarR&D privé Nass&Wind + startups start ups Euromed (Offshore) Moyen : retard de la Fort : Tarif de rachat + Très fort :Impact de la France dû à l’arrêt de la Appels d’offre offshore Tarif d’achat +politique publique Thémis dans les mais réglementation R&D publique années 80 forte o Industriels en o Clusters de sous reconversion o Grands projets : traitants o Acquisitions Desertec, PSM, o Reconversion secteur o Industriels étrangers Transgreen, Africasol naval pour l’offshoreFilère émergente o Start ups, spin off type o Renforcement Areva et o Renforcement Areva et Nexcis Alstom Alstom o Equipements o Sytémistes : Schneider o Prototypes d’éoliennes complémentaires BOS : Electric flottantes Schneider Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 55

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 4. Etude prospective de l’industrie photovoltaïque Après un état de l’art des différentes technologies et l’étude de leur intégration dans le paysage industriel français, nous sommes à présent en mesure de distinguer les tenants et aboutissants de chaque industrie des énergies intermittentes. Quelle sera celle qui prospérera le mieux en France ? C’est une question délicate, qui n’a pas de réponse évidente aujourd’hui. Le choix du photovoltaïque Cependant, les trois technologies abordées sont loin d’avoir le même niveau de maturité. Malgré son fort coté médiatique, le photovoltaïque apparaît clairement comme la technologie la plus immature et dans laquelle les incertitudes comme les progrès à réaliser sont les plus importants. Ainsi, de par la contrainte de temps qui nous est impartie dans l’élaboration de cette étude, nous avons opté pour focaliser la partie prospective sur la filière photovoltaïque française. On constate également que le CEA, commanditaire de cette étude, tout comme le CNRS et bien d’autres instituts français se sont fortement impliqués dans la recherche sur cette technologie. Leur implication va de la recherche fondamentale sur les matériaux et les couches minces, jusqu’à la recherche appliquée sur les procédés industriels. Cette mobilisation de la recherche est exceptionnelle et nullement comparable à ce qui existe dans le solaire concentré ou l’éolien. De par la présence de R&D publique un certain nombre d’acteurs industriels se sont greffés à ces projets et il pourrait en naître des filières. N’oublions pas que le marché domestique du PV en France est dynamique et florissant. Le photovoltaïque a l’avantage d’avoir une marché beaucoup plus large qui cible à la fois les particuliers et les industriels. 4.1. Perspectives et tendances : quelles sont les prévisions ? Tous les spécialistes s’accordent sur le fait que l’effort de recherche est fondamental pour pérenniser les filières industrielles, avec un objectif commun : la réduction des coûts (par les matériaux ou les rendements). A ce titre il est intéressant de voir quelles sont les feuilles de route (roadmap) de la R&D dans certains des pays les plus avancés sur le PV : Figure 33 : Solar America Initiative du Departement Of Energy (DOE), 2007 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 56

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique o Les Etats Unis, avec l’institut NREL, se sont engagés sur une course contre la montre de 10 ans, depuis 2005 jusqu’en 2015, pour rendre les technologies PV de premières et seconde génération compétitives face aux formes conventionnelles d’électricité (de 0.25 USD/kWh en 2005 à 0.09 USD/kWh en 2015). o A plus long terme, le Japon avec le NEDO programme pour 2030 la fabrication de cellule à moins de 50 centimes. Comme la France, le Japon explore des technologies parallèles sans pour l’instant choisir de gagnantes. Son but est d’améliorer et surtout de fiabiliser l’ensemble de la chaîne de valeur : de l’approvisionnement des matériaux aux composants BOS. Figure 34 – « Japan PV Roadmap towards 2030 » [PVR 2004]. 1 EUR = 134 JPY. o La commission européenne a mis en place un ambitieux plan de recherche qui permettrait à l’Europe de franchir différentes barrières technologiques. L’agenda prévoit ainsi pour 2030 un prix de l’électricité PV en dessous des 7 centimes / le kWh (prix du nucléaire), et des rendements supérieurs à 25%. La stratégie européenne repose sur une coordination et un financement de projets réunissant plusieurs états membres. Figure 35 : Feuille de route du Strategic Research Agenda européen , 2007 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 57

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Et la France ? En termes d’orientations de l’effort de R&D français, le rapport Charpin a été le seul à émettre une volonté d’orientation stratégique. Selon le rapport, la R&D française doit se concentrer sur les technologies de deuxième et troisième génération, plutôt que sur le silicium cristallin à homojonction pour lequel les perspectives de développement industriel apparaissent limitées au vu de l’avancement de pays voisins d’Europe ou asiatiques. Toujours selon le rapport Charpin, une phase de maturation du marché photovoltaïque en France est à prévoir, dans laquelle la parité réseau sera progressivement atteinte, mais qui pourrait s’avérer longue du fait du faible coût de l’énergie en majorité nucléaire. Figure 36 : Croissance du marché PV selon le rapport Charpin L’atteinte de la parité réseau se produira d’abord dans les pays à fort taux d’ensoleillement et au prix élevé de l’électricité « traditionnelle ». L’enjeu est donc le positionnement sur un marché mondial. Le marché national doit constituer une « base de développement » pour les acteurs industriels et non leur unique débouché. L’intégré au bâti comme vision d’avenir ? L’état français insiste pour que l’industrie PV française capitalise sur son expertise et ses forces dans les domaines de la construction et du bâtiment. A ce titre, la vision à 2050 établie par l’ADEME pour l’électricité PV est construite autour de quatre orientations se répartissant 60 à 100 GW de production électrique dont deux faisant la part belle au photovoltaïque comme élément de construction: • les centrales au sol • des quartiers solaires qui combinent habitat, activités industrielles et/ou commerciales et transport électrifié, dont la gestion énergétique par les distributeurs d’électricité est devenue possible Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 58

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Injection au réseau PV intégré bâti et réparti, interconnecté Centrales au sol par agrégation Décentralisée Centralisée Bâtiments à Quartiers énergie positive solaires potentiellement autonomes Optimisation locale et auto-‐consommation • des maisons individuelles, des bâtiments de bureaux ou des hangars de stockage (existants ou neufs) qui accueillent des modules PV dont l’électricité produite est soit consommée sur place, soit réinjectée dans le réseau. L’avènement probable des véhicules électriques dès 2020 permet alors d’intégrer le stockage comme moyen économique de décalage de l’utilisation de l’électricité produite. • les bâtiments neufs zéro énergie ou à énergie positive, qui, du fait des normes nouvelles, devront devenir neutres énergétiquement, voire devront produire de l’électricité dans des conditions économiquement viables pour être valorisées par le système électrique. Cette vision s’associe également à un objectif de réhabilitation massive du parc de bâtiments existants et d’une politique de construction de bâtiments neufs très performants énergétiquement voir à énergie positive dans le cadre de l’amélioration de l’efficacité énergétique française. Par exemple le Grenelle 1 prévoit la rénovation de l’ensemble du parc de logement sociaux d’ici 2020 (4,2 millions de logements), ainsi que 400 000 logements du parc résidentiel privé par an (3,2 millions de logement, 10% du parc), soit un total de rénovation de 7,2 millions de logements d’ici 2020. 4.2. Les variables clés de l’industrie photovoltaïque française Contrairement à la prévision qui repose principalement sur l’analogie, la continuité et l’extrapolation du passé, la prospective intègre explicitement des discontinuités et des ruptures, qu’elles soient politiques, technologiques, culturelles, économiques, sociales, juridiques. Certains des feuilles de routes précédentes voient déjà leurs calendriers complètement bouleversés par des éléments inattendus. En France par exemple le moratoire et la baisse des tarifs ont retardé voir annulé des investissements et des projets industriels. Méthodologie Il s’agit pour cette étude prospective d’aboutir à une liste de variables pertinentes, clairement définies, et assez nombreuses pour brosser un tableau représentatif du système de l’industrie PV. Les sept spécialistes interrogés dans cette étude ainsi que les deux colloques spécialisés auxquels nous avons assisté nous ont permis d’établir quarante variables (voir tableau ci contre), regroupées ensuite en sept composantes ou sous systèmes. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 59

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Variables internes Variables externes Relatives à la technologie en elle même Relatives à l’environnement et au système socio économique Variables Socio-‐économiques Variables Techno S1 : Prix de l’électricité française (CSPE) T1 : Rendements S2 : Impact psychologique (opinion publique) T2 : Empreinte environnementale S3 : Capacité d’endettement T3 : Reserve mondiale de matières premières S4 : Investissement / liquidité T4 : Cout des matériaux T5 : Toxicité des matériaux Variables Politiques T6 : Epaisseur du substrat P1 :Objectif d’installation 2020 T7 : Nombre de jonction P2 : Visibilité sur critères d’ajustement T8 : Coût des cellules P3 : Changement législatif P4 : Tarifs d’achat Variables d’Exploitation P5 : Subventions (exploitation et R&D) E1 : Coût d’installation E2 : Coût de maintenance Variables Marché E3 : Ensoleillement M1 : Marché PV Monde E4 : Prix de revient de l’électricité PV M2 : Marché PV standard France M3 : Marché PV intégré France Variables R&D M4 : Part de marché des concurrents R1 : Changement technologique M5 : Prix concurrents mondiaux R2 : Qualité Process M6 : Capacité de production des concurrents R3 : Budget R&D privé mondiaux R4 : Budget R&D publique R5 : Brevets concurrents étrangers Variables Filière R6 : Brevets entreprises françaises F1 : Part de marché des entreprises française F2 : Capacité d’entente Légende : F3 : Export Variables les plus influentes F4 : Coût main d’œuvre Variables les plus dépendantes F5 : Capacité de production France Un travail sur les variables du système a été réalisé selon la méthode MICMAC de Michel Godet du CNAM/LIPSOR, et en utilisant la suite logicielle lui étant consacrée13. Cette matrice des influences directes entre les variables, qui vous est présentée en annexe, nous a permis de mettre en évidence les variables les plus influentes et les plus dépendantes, qui permettent une modélisation simplifiée du système. On constate que 5 des variables les plus influentes sont relatives à la technologie. D’abord sur des critères tels que le rendement et le coût des cellules qui Figure 37 : Graphique influence/ dépendances des variables impactent directement le prix de revient de dans MICMAC – Source Logiciel Liptor l’électricité photovoltaïque, et donc assurent 13 http://www.laprospective.fr/methodes-‐de-‐prospective.html Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 60

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique le succès sur les marchés. Les défis des secondes et troisièmes générations de cellules PV (épaisseur du substrat pour les couches minces de 2ème génération et nombre de jonctions pour la 3ème génération) sont aussi identifiés comme centraux pour le devenir de la filière. Les variables de la R&D française pèsent beaucoup sur le système et la méthode MICMAC met bien en exergue l’importance des fonds publics de R&D et du changement technologiques caractérisés par une valorisation rapide de la recherche (passage entre les générations). Pour cela les brevets français apparaissent comme incontournables. La variable politique des objectifs 2020 du Grenelle de l’environnement est aussi une des plus importante car elle a pratiquement crée à elle seule le marché domestique en soutenant efficacement la demande. Mais le système reste fragile et sensible aux changements législatifs. Les dernières variables sont caractéristiques car elles sont aussi parmi les plus dépendantes (axe en abscisse). Mais il est vrai que le marché mondial, par l’export est une variable clé dans pour la constitution d’un champion industriel. Le marché domestique l’est autant mais celui de l’intégré au bâti ressort comme celui générant le plus de valeur pour l’industrie française. Modélisation des variables Figure 38 – Modélisation simplifiée des variables influentes et dépendantes Les variables clés ont été identifiées, et on constate toute l’importance de l’amont de la filière photovoltaïque, au niveau de la recherche et des industriels fabricants. Il reste à comprendre comment ces variables pourraient interagir avec les acteurs présents sur toute la chaîne de la valeur de l’industrie française. Le tableau ci après permet de mieux appréhender quels sont les risques et la typologie d’acteurs associés aux variables les plus influentes. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 61

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Variables les plus Risques associés Acteurs influents influentes Rendement Coût /rendement trop élevé notamment sur le silicium Fabricants de cellules, toutes Rendement très inégal selon les matériaux générations Faible progression dans le temps pour les usages Instituts de Recherche commerciaux et gap important sur les technologies les plus avancées (nanotechnologies) Cout des cellules Grosse influence sur le prix de revient du PV qui reste trop Fabricants de cellules, toutes haut générations, Fournisseurs de Cellules silicium trop chères matières premières Très dépendant de la capacité de production Instituts de Recherche Epaisseur substrat Choix technologique non concluant selon le matériau Fabricants de cellules de utilisé deuxième génération Faibles rendements Instituts de Recherche Certains matériaux semi conducteurs toxiques ou rares (indium) Changement techno Trop rapide : les industriels peuvent ils suivre ? -‐> Coût des Fabricants de cellules (1G -‐> 2G-‐> 3G) équipements Assembleurs et installateurs Rupture profonde sur les nanotechnologies Objectifs 2020 Seront-‐ils tenus ? Etat Français, régions (Grenelle, Europe) Sont-‐ils suffisants pour développer des filières industrielles ? méthode des quotas controversée Couts des matériaux Silicium très énergivore et donc très cher Fabricants de cellules Pour l’instant mauvais rendements et mauvaise durée de Instituts de Recherche vie pour les matériaux les moins chers (organiques et Fournisseurs de matières couches minces) premières Nombre de jonctions Gap technologique (vers le nano et le quantique !) Fabricants de cellules de troisième génération Instituts de Recherche Brevets Français Indispensables pour s’assurer une avance de phase Fabricants de cellules Instituts de Recherche Marché PV monde Domination des pays à bas couts Fabricants leaders mondiaux Besoin de grosse capacité de production Assembleurs, Installateurs, Exploitants Marché PV intégré Trop d’assemblage peu innovant. Fabricants intégrés France Encourage t-‐il vraiment la fabrication française ? Assembleurs, Installateurs, Exploitants Budget R&D Publique Difficulté de valorisation et inertie de la recherche. ANR, ADEME, OSEO, Coût d’infrastructure Instituts de Recherche (CEA/ Choix stratégiques à effectuer CNRS) Changement législatif Trop de changement conduisent à un manque de visibilité Etat Français pour les acteurs qui fait reculer le marché, les investisseurs et les projets industriels Figure 39 : Rappel de la chaine de la valeur présente en France dans l’industrie photovoltaïque Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 62

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique L’intégration de la chaîne de valeur de l’industrie PV française nous donne la modélisation « variables + acteurs » suivante : Figure 40 : Modélisation variables clés + acteurs 4.3. Construction des scénarios La prospective est une démarche intéressante pour non seulement faire l’état des lieux des connaissances disponibles sur le sujet, mais aussi pour tester les orientations et marges de manœuvre que peuvent prendre les différents acteurs. Toute prospective est foncièrement politique et liée à « l’art de gouverner » : ne pas se préoccuper de l’avenir lointain serait se condamner aux soucis immédiats. Toutefois il nous est impossible d’imaginer en détail tout ce qui pourrait arriver demain. Sur la base du diagnostic, la deuxième étape de notre exercice a consisté à se projeter dans l’avenir pour explorer les diverses possibilités. Le travail réalisé sur les variables par la méthode MICMAC nous permet de construire des micro-‐scénarios puis d’envisager deux scénarios globaux d’évolution de l’industrie photovoltaïque à l’horizon 2020. Méthodologie On peut définir un « scénario » comme un récit plausible des évolutions futures du système étudié, reposant sur une analyse systémique des variables en jeu et de leurs interactions de manière cohérente, plausible et rationnelle. Un scénario est constitué : • d’une base, qui est la représentation que l’on se fait de la réalité actuelle du système appréhendée au travers de sa dynamique longue ; • d’une image, description du système à l’horizon de temps considéré ; Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 63

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • et d’une trajectoire, succession d’événements futurs hypothétiques qui constituent le cheminement entre la base et l’image. Nous avons donc choisi de décrire et de documenter deux images contrastées du futur de l’industrie PV, ainsi que les cheminements logiques qui y conduisent depuis la situation actuelle, par combinaison d’hypothèses formulées sur chaque variable. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 64

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique En vert et en italique les variables et acteurs clés extraits de l’outil MICMAC. 4.4. Scénario Nuageux Figure 41 : Timeline du scénario nuageux pour l’industrie PV Ce scénario, largement pessimiste voir catastrophique, voit à l’horizon 2020 la disparition de la filière industrielle française du solaire photovoltaïque. Il est guidé par un facteur clé rapporté de notre analyse socio-‐économique du chapitre 3.4 sur l’industrie solaire photovoltaïque : « En 2020, en gardant la tendance d’installation très importante de panneaux solaires, le photovoltaïque ne contribuera qu’à hauteur de 1,2% des 23% des Energie Renouvelables ». Un budget public en berne L’Etat qui subventionne massivement cette filière avec des tarifs d’achat avantageux voit deux phénomènes importants arriver : • Tout d’abord, le déficit de la France en 2013 qui dépasse les 5% du PIB et se doit d’imposer des restrictions budgétaires importantes. L’Europe impose à la France un plan d’austérité important en vue de respecter les critères européens de dépenses publiques. • Ensuite, le déploiement de l’éolien Offshore qui a débuté en 2014 et qui aujourd’hui se poursuit avec la 2e tranche d’installation de 3000 MW en mer se trouve être à la fois un investissement très rentable et aussi un moyen formidable de produire de l’électricité renouvelable. L’éolien : secteur très rentable Ainsi, à cause du déficit, les subventions sont revues à la baisse. L’énergie éolienne, qui se révèle être un superbe moyen de produire de l’électricité en haute mer, est remis sur le devant de la scène. Et cela s’est renforcé avec l’arrivée en 2016 des éoliennes flottantes qui brisent l’impact des pollutions visuelles et sonores tant importantes aux yeux des riverains. Enfin, le photovoltaïque souffre d’une mauvaise image de par la prise de conscience que malgré l’amélioration des rendements, l’énergie photovoltaïque ne représente aujourd’hui en 2020 qu’une part infime de 23 % du total énergétique des énergies renouvelables. De plus, afin de respecter ses objectifs, l’Etat a privilégié des secteurs en retard et 65 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique potentiellement plus intéressant en termes d’emploi comme la biomasse et les nouvelles énergies marines. Une cascade d’évènements négatifs L’ensemble de ces facteurs a conduit à une déliquescence progressive de la filière solaire en France. Avec le recul de ces 10 dernières années, revenons en détails sur la cascade des événements qui ont conduit aujourd’hui en 2020 à ne plus avoir de filière industrielle française dans le photovoltaïque. L’arrêt des subventions publiques a d’abord était un coup d’arrêt à la R&D publique. Le CEA, CNRS, l’INES se sont vus amputés des budgets importants et par voie de conséquence directe le nombre de brevets à diminuer. Ils n’ont plus été en mesure de valoriser leurs technologies et de prendre ainsi part au changement technologique. Progressivement, la France s’est vu prendre beaucoup de retard sur les technologies de 2e puis de 3e génération. Les acteurs qui en 2011 pensaient jouer un rôle sur les couches minces ou sur les hétérojonctions comme Nexcis, Solcia, Solar Nano Crystal, ont disparu. Toutes leurs R&D étaient associées soit au CEA soit à l’IRDEP et ces instituts ne peuvent plus assurer leurs rôles d’acteurs ‘techno-‐push’. Un mauvais management en valorisation de la R&D a transformé les projets en gouffre financier et les différents partenaires se sont progressivement retirés. Photowatt a quant à lui déposé le bilan début 2012 faute de repreneur et a licencié ses 300 derniers employés. Le projet PV20 porté par les industriels MPO et Tenesol, qui avait annoncé la création d’une filière 100% française dans le PV cristallin, est annulé en 2013 faute d’avoir mis au point la production de cellules compétitives. Cet arrêt des subventions publiques a entraîné indirectement un arrêt rapide des budgets de R&D privés. En effet, ne trouvant plus un terreau favorable en France, les industriels privés sont partis investir à l’étranger. Total a massivement investi dans plusieurs start-‐up en Corée et aux Etats-‐Unis sur les technologies de 3e génération. Aujourd’hui First Solar domine le marché des couches minces et les entreprises coréennes et japonaises dominent le marché des hétérojonctions. L’espoir d’un intégré au bâti français qui s’envole Saint Gobain a quant à lui délaissé définitivement la France pour l’Allemagne et le Luxembourg. A la fois parce que le prix de la main d’œuvre y était moins chère mais aussi parce qu’elle y était de meilleure qualité pour leurs produits haut de gamme telles que les tuiles solaires intégrées au bâti. Ses acquisitions allemandes comme Solarwood ou Avancis ont investi des marchés quasi inexistants en 2011 et ont pu prospérer. Aujourd’hui en 2020, on se rend compte que c’est à cette époque qu’il aurait été possible de construire une filière française de nouveaux produits intégrés au bâti. Mais les industriels français du secteur de la construction n’ont pas vu ces évolutions arriver. Aucune structuration n’a été faite pour s’adapter à ce nouveau marché et aucune norme commune n’a pu être mise en place par les acteurs leaders sur le secteur du bâtiment comme Imerys ou Bouyer Leroux par exemple. Pourtant en 2011, le marché de l’intégré au bâti semblait très prometteur. A cette époque, il ne représentait encore que 10% du marché. Pour les quelques fabricants de solutions intégrées, majoritairement allemands, ce positionnement dans le haut du marché leur a été favorable. D’abord parce que leurs clients ont pu bénéficier des meilleurs tarifs d’achats. Et qu’ensuite, la demande en un design très respectueux des traditions esthétiques de chaque pays a permis à certains acteurs tel que Saint Gobain de fabriquer des tuiles solaires plates, Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 66

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique arrondies respectant les critères esthétiques des pays méditerranéens ou ceux plus au nord. La certification allemande TUV est également devenue progressivement un standard européen pour la construction intégrant du photovoltaïque. La Chine reste l’usine du monde Concernant les fabricants de panneaux, la Chine n’a jamais été dépassée ni même inquiétée. Avec une production d’environ 1 GW en 2011, elle dominait déjà le marché. Aujourd’hui en 2020, la Chine a conquis 60% du marché mondial. Du fait des effets d’échelles et de constantes améliorations dans les procédés, la Chine est le leader incontesté du PV cristallin avec des coûts imbattables de 0,7$ la cellule. Seules les dernières générations de panneaux sont encore fabriquées par Q-‐Cells en Allemagne ou par First Solar aux USA. Conclusion Ainsi, en France dans le photovoltaïque, comme dans beaucoup d’autres secteurs, la filière industrielle n’a pas tenu ses promesses. Par rapport à 2011, le bilan des emplois est quasiment neutre, car les secteurs commerciaux et de l’installation sont restés prospères. Cette industrie avale n’étant pas délocalisable, elle s’est maintenue à un bon niveau d’emploi. Le marché français est tout de même resté relativement dynamique, en et a respecté ses quotas de 500MW de panneaux installés par an. Des assembleurs subsistent mais sont de plus en plus menacés. Tenesol, par exemple, a revendu une de ses unités d’assemblage au géant chinois Yingli Solar, celui-‐ci s’en servant pour sécuriser le montage de ses modules pour le marché français. Fonroche est au bord de la faillite. Auversun, tout comme Solarquest ont été racheté par JC Decaux, pour assembler du mobilier urbain à énergie positive. Sur le marché de l’intégré au bâti, les fabricants allemands ont su conserver leur avance, en gardant des unités de fabrication et en passant de nombreux accord de production pour les industries françaises des secteurs de la construction et du bâtiment. Tableau synthétique R&D Industrie Industrie BIPV Marché Balance amont aval emplois 2011 ++ + ++ -‐ ++ + 2020 -‐ -‐ -‐ -‐ +++ -‐ + -‐ Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 67

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 4.5. Scénario ensoleillé Figure 42 : Timeline du scénario ensoleillé pour l’industrie PV Il y a du monde pour célébrer le succès de l’industrie photovoltaïque française dans les salons du bâtiment de l’INES en cette belle soirée savoyarde du printemps 2020. Politiques locaux et nationaux se sont réunis avec les acteurs industriels et les laboratoires publics français pour se féliciter de leurs performances acquises depuis maintenant presque 10 ans. Jean-‐Louis Bal, Président du Syndicat des Energies renouvelables prend la parole pour résumer le parcours effectué. « Je suis heureux de vous voir aujourd’hui, 28 avril 2020 et de fêter avec vous cette réussite collective de la création pérenne d’une filière industrielle française dans le secteur du photovoltaïque. Rappelez-‐vous 2011, avec un prix de l’électricité extrêmement bas grâce à une électricité produite par le nucléaire, le photovoltaïque avait du mal à trouver sa place. Il a fallu l’accident dramatique de Fukushima au Japon pour enclencher une dynamique contre le nucléaire. Les audits techniques des centrales demandés par le gouvernement français en mars 2011 ont conduit au démantèlement des centrales de Fessenheim 1 et 2 puis de Chinon B1 et B2 dès 2012. Ainsi, le prix de l’électricité a rejoint celui de l’Allemagne à 20 c€/kWh. Cette réévaluation a permis à l’Etat français de maintenir ses investissements dans la R&D publique. Ce dynamisme a ramené des investisseurs privés comme Total, EDF EN ou Saint Gobain. Et, il a dans un premier temps permis de reprendre la main sur la recherche mondiale. De nombreux brevets ont pu être déposés par les industriels exploitant directement les recherches de ces laboratoires comme Photowatt et PV20. C’est bien sûr les rendements sur le silicium qui ont augmenté pour atteindre 22% en 2014 et être aujourd’hui à 25%. Mais c’est aussi les améliorations dans les procédés sur la diminution des pertes de silicium lors de la découpe des Wafers et la diminution du substrat qui ont permis d’améliorer les coûts. Il est aussi a souligné le rôle de l’Etat qui a su rendre le secteur favorable pour les investisseurs en établissant une politique de rachat de l’électricité décroissante certes mais visible et connue de tous. Trois points centraux sont la raison de ce succès : Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 68

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • Une vision technique • Une vision industrielle • Une vision marketing Vision technique Alors que nos concurrents américains notamment comme First Solar, se positionnait dès 2012 sur les couches minces type CdTE, les instituts de recherche ont investi dans des matériaux abondants et peu chers comme le FeS2, le CuO. Aujourd’hui nous savons que cette vision était la bonne. First Solar en utilisant des matériaux à la fois rare et cher s’est confronté à un approvisionnement difficile. Et c’est surtout la mise à jour de la preuve de la toxicité du Tellurium en 2015 qui l’a fait chuter. Aujourd’hui Nexcis est très bien placé sur les couches minces CIS et offre des prix extrêmement bon marché. Vision industrielle Total a été un vrai fédérateur du secteur. En réussissant à racheter les petits industriels en difficulté dès 2012 comme Photowatt et en s’associant avec EDF EN, il a rassemblé toutes les forces industrielles françaises du photovoltaïque. Cette entente a permis de faire des économies d’échelle et de recentrer la recherche. Photowatt et Tenesol sur le silicium, Nexcis sur les couches minces et Appolon Solar s’occupant quant à lui d’améliorer les processus industriels. Des petites entités de production ont pu être construites ou maintenues en France comme celle de Photowatt dans le Rhône-‐Alpes. Ces unités de moins de 100 MW de production sont présentes comme démonstrateurs et centres d’expérimentations pour la R&D. L’essentiel de la production est en Chine où à la fois le savoir-‐faire est grand et les coûts d’échelle très important. Vision marketing La création d’un label France PV a été une réussite. Ce label a permis de rendre visible l’excellence française auprès des consommateurs. Saint Gobain s’y rattachera en 2016 et deviendra un ardant défenseur. Son positionnement sur l’aval de la filière et la fabrication de tuiles photovoltaïque respectant les codes esthétiques de chaque région et pays et une réussite mondiale. Après être d’abord parti vers Allemagne construire sa première usine, il a choisi la France pour implanter sa 2e usine. Et comment ne pas parler de l’autre branche industrielle qui a su elle aussi se développer et créer des emplois. En 2010, l’intégré au bâti ne représentait que 10% du marché. Aujourd’hui il domine le marché car il a su se structurer et offrir des produits de grandes qualités. Les grands acteurs comme Saint Gobain pour le verre et l’habitat, Imerys, Bouyer Leroux ou Weinerberger pour la construction et la toiture se sont regroupés autour du Label France. Ils ont su déposer des normes communes afin d’améliorer la lisibilité de leur produits. Ce sont tous les composants de fabrication traditionnels du bâtiment qui se sont transformés pour intégrer des matériaux solaires, les toitures avec des tuiles solaires mais aussi des murs et verrières solaires. Les collectivités ont largement participé à ce développement avec de nombreux bâtiments publics équipés qui ont permis aux fabricants français de se lancer grâce à des appels d’offre. Le mobilier urbain solaire s’est aussi densifié tels que les abri bus solaires JC Decaux Photowatt. Et bien sûr au bout de la chaîne de l’aval, Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 69

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique ce dynamisme a été profitable à l’ensemble des installateurs qui ont assuré un bon niveau d’emploi. Au final nous ne pouvons aussi que louer la stratégie marketing et commerciale à l’export du gouvernement depuis 2012. En effet, pour faire face à l’aggravation du déficit commercial, le gouvernement a su mobiliser son réseau mondial de chambres de commerce et de missions économiques. Ces entités, grâce à un ingénieux systèmes de primes à l’objectifs, ont au fur et à mesure, su décrocher des marchés à l’export pour les fabricants français, à la fois sur des composants clés, des cellules PV et des systèmes BIPV que sur de l’ingénieurie.» Tableau synthétique R&D Industrie Industrie BIPV Marché Balance amont aval emplois 2011 ++ + ++ -‐ ++ + 2020 + + + + +++ ++ ++ ++ Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 70

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 5. Conclusion : Orientation stratégique Au vu de l’étendue de cette étude, sa conclusion sera à double foyer. Un point sera fait sur l’étude regardée dans son ensemble, d’un point de vue macroscopique et un autre traitera plus spécifiquement des résultats prospectifs de l’étude. Point sur l’ensemble de l’étude Afin d’avoir une vision très précise du secteur des énergies et de ses filières industrielles, il nous a paru nécessaire de réaliser un état de l’art sur les trois technologies principales des énergies intermittentes : le photovoltaïque, l’éolien et le solaire à concentration. Il a été construit ainsi que l’étude socio-‐économique en nous appuyant sur différents entretiens de professionnels dans des domaines de compétences allant de la technologie, de l’économie, du conseil, de l’industrie et de la politique. C’est l’ensemble de leurs visions qui rend pertinent la finalité de cette étude prospective. Ils ont su nous guider efficacement sur les différents aspects de chaque énergie, et les données recueillies se sont avérées se compléter judicieusement. A cette collecte s’ajoute l’étude de nombreux rapports gouvernementaux et d’instituts internationaux tels que l’AIE, qui nous a permis d’avoir une vision cohérente et le recul nécessaire sur lesquelles baser une prospective. Rationnaliser l’apport de chaque industrie pour la France a été donc indispensable. C’est un point de vue qui manque souvent cruellement lors de la lecture des actualités sur chaque filière, trop orientées par les lobbys qui les animent. Au delà du photovoltaïque que nous avons choisi pour la partie prospective, il s’est avéré que les trois industries avaient des différences fondamentales dans leurs structures, leurs marchés et dans la compétitivité de l’industrie française à leurs égards. Le solaire concentré est issu et restera dans l’industrie lourde, dans laquelle la France possède quelques champions parmi les énergéticiens. Mais son marché étant à l’export, la création de filière industrielle ne se fera que peu sur le sol français. Le grand éolien quand à lui, est aujourd’hui mature et son développement industriel concerne uniquement l’aval et la construction de certains composants clés peu transportables. Les éoliennes flottantes sont aujourd’hui un vrai pari pour la France, avec quelques projets intéressants et cela aurait pu constituer un choix de prospective. Finalité La prospective reste bien l’exercice final de ce rapport. Le CEA, commanditaire de l’étude a orienté ce choix de prospective vers la filière photovoltaïque. Des incertitudes et de futures avancées technologiques la caractérisent, avec un marché florissant. Mais nous avons prouvé qu’un marché dynamique n’est pas synonyme de développement industriel. La compréhension des technologies, de l’environnement et de ses acteurs, ont permis d’extraire des variables clés, briques architecturales des scénarios prospectifs. L’utilisation de l’outil MICMAC mis au point par Michel Godet donne un coté scientifique à cette projection dans le futur. Ainsi, les conclusions émises sur le domaine du photovoltaïque ne peuvent pas être transférées vers les autres secteurs de l’éolien ou du solaire à concentration. Trop de paramètres clés divergent pour pouvoir transposer les conclusions de ce secteur vers les autres. En les modélisant et en variant leur intensité, nous avons aboutit à Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 71

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique deux scénarios de création de filière qui reflètent deux évolutions possibles de la situation actuelle. Mais la construction des scénarios n’est pas une fin en soi. Elle doit permettre d’identifier les conclusions et des enseignements afin d’élaborer des orientations stratégiques. C’est un point de départ pour une discussion sur les évolutions souhaitables et les défis à relever aujourd’hui. La filière française PV Comme le souligne de nombreux rapports, notamment ceux de l’ADEME, la filière française peut être divisée en deux groupes : une filière de centrales au sol et une filière pour les particuliers. Pour la filière de centrales au sol, les promoteurs déploient massivement des panneaux à bas coût de fabrication et sans valeur ajoutée. Sur ce segment de marché, l’industrie française peut difficilement être compétitive et seuls les installateurs constitueront le principal apport en termes d’emploi de la filière. Ainsi, comme dans maintenant tous les autres secteurs, il est vain de vouloir rivaliser avec la Chine en termes de capacité de production et de main d’œuvre bon marché. La Chine, dans le domaine de la fabrication de cellules photovoltaïque restera l’usine du monde. Mais cela est-‐il si dommageable à la lecture des nombreux rapports d’enquêtes qui concluent que ces usines ultra modernes d’où sortent annuellement parfois jusqu’à 1 GW de cellules, sont quasiment vides de main d’œuvre. La filière du photovoltaïque aux particuliers répond d’une tout autre logique. Dans ce secteur la technologie et l’excellence reprend la main. L’intégré au bâti a dans ses germes toutes les caractéristiques pour croitre et devenir une filière industrielle. Les panneaux photovoltaïques intègreront massivement les technologies à forte valeur ajoutée afin de devenir des composants de construction. Il est raisonnable de penser qu’afin de favoriser cette filière française (et de limiter les importations de cellules) l’Etat français impose des normes et des labels de performance (énergétiques, durée de vie, bilan environnemental). Ces mesures incitatives favoriseront autant les technologies de dernières générations françaises ou européennes, que des procédés industriels à forte valeur ajoutée telles que l’intégration au bâti. Comme le résumait bien Monsieur Arnaud Chaperon du groupe Total, « il faut aller là où la France peut apporter sa valeur ajoutée.» Ainsi, dans la constitution d’une filière industrielle française, deux segments de valeur ajoutée peuvent être tracés. D’un côté, la partie amont avec une R&D puissante qui tire l’innovation. De la R&D peut naître des champions industriels notamment sur les technologies de dernières générations, à l’instar de Nexcis sur les couches minces CIS. On constate aussi qu’il y a peu d’interdépendances entre les générations, ainsi les cartes pourraient être redistribuées positivement pour la filière française à condition d’investir au bon moment et suffisamment. De l’autre, l’aval avec tout le secteur de l’intégré au bâti qui fabrique dans un cadre normatif strict tous les composants de bâtiment high-‐tech. Cette barrière normative et technologique peut constituer un frein à l’entrée efficace pour contrer la concurrence étrangère. Au carrefour entre l’amont et l’aval, la filière française doit se coordonner et s’organiser autour de plateforme technologique telle que l’INES facilitant le transfert de technologies vers les industriels et peser à un niveau mondial. Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 72

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Table des illustrations Figure 1 : Types de cellules PV – Source Veolia .........................................................................5 Figure 2 : Rendement maximum en laboratoire des différentes technologies photovoltaïques – Source NREL ............................................................................................................................7 Figure 3 : Courbe d’expérience du photovoltaïque de 1979 à 2005 -‐ Source NREL ..................8 Figure 4 : énergie grise incorporée dans les systèmes photovoltaïques -‐ NREL 2007 ...............9 Figure 5 : Exemples de toiture et de verrière photovoltaïque................................................ 12 Figure 6 : La centrale solaire Thémis à Taragosse................................................................... 14 Figure 7 : Les différents types de concentration – Source IAE................................................ 14 Figure 8 : effet de cheminée ................................................................................................... 15 Figure 9 : Zones favorables au STC ......................................................................................... 15 Figure 10 : Comparaison des centrales d’Amareleja PV et Andasol CST................................. 16 Figure 11: ensoleillement et production délectricité -‐ Source solar Euromed ...................... 17 Figure 12 : Nacelle d’une éolienne – Source SER.................................................................... 19 Figure 13 : Composants d’une éolienne – Source SER............................................................ 19 Figure 14 : Puissance d’une éolienne en fonction du vent – Source REpower Systems AG ... 20 Figure 15 : Puissance du vent en fonction de l’altitude – Source SER SEE.............................. 20 Figure 16 : Source Insee – Enquête R&D ................................................................................ 26 Figure 18: Consommation dénergie primaire en France ....................................................... 28 Figure 17 : Consommation d’énergie finale par secteur......................................................... 28 Figure 19 : Répartition des différentes sources de production électrique 2010 – Source RTE29 Figure 21 : Production d’énergies renouvelables par filières en Mtep................................... 30 Figure 22: répartition en nombre et en puissance du photovoltaïque et de léolien ............. 30 Figure 23: nombre dinstallation PV sur la puissance ............................................................. 30 Figure 24: nombre dinstallation déolienne sur la puissance................................................. 30 Figure 20 : Production totale d’énergies renouvelables depuis 1970 .................................... 30 Figure 25 : Tableau récapitulatif des structures photovoltaïques, de leur tarif d’achat par le CSPE, et de leur part dans le parc actuel français................................................................... 34 Figure 26 -‐ La filière Photovoltaïque française en prenant en compte les emplois, les aides publiques, la typologie des projets et les technologies -‐ Source : Rapport Charpin IGF 2010 35 Figure 27 -‐ Schéma d’intégration de la future filière PV20..................................................... 38 Figure 28 : Mobilier urbain Suntree........................................................................................ 39 Figure 29 : Répartition en puissance installée des centrales solaires thermodynamiques en fonction de leur taille, pour 2020 selon l’AIE.......................................................................... 43 Figure 30 -‐ Répartition par constructeur de la puissance installée totale fin 2010 – Source SER-‐FEE ................................................................................................................................... 48 Figure 31: Par installé en 2009 par constructeurs -‐ Source SER-‐FEE ...................................... 49 Figure 32: Industriels français dans léolien Offshore-‐ Source SER......................................... 52 Figure 34 : Solar America Initiative du Departement Of Energy (DOE), 2007......................... 56 Figure 35 – « Japan PV Roadmap towards 2030 » [PVR 2004]. 1 EUR = 134 JPY.................... 57 Figure 36 : Feuille de route du Strategic Research Agenda européen , 2007......................... 57 Figure 37 : Croissance du marché PV selon le rapport Charpin .............................................. 58 Figure 38 : Graphique influence/ dépendances des variables dans MICMAC – Source Logiciel Liptor....................................................................................................................................... 60 Figure 39 – Modélisation simplifiée des variables influentes et dépendantes....................... 61 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 73

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique Figure 40 : Rappel de la chaine de la valeur présente en France dans l’industrie photovoltaïque ....................................................................................................................... 62 Figure 41 : Modélisation variables clés + acteurs ................................................................... 63 Figure 42 : Timeline du scénario nuageux pour l’industrie PV................................................ 65 Figure 43 : Timeline du scénario ensoleillé pour l’industrie PV .............................................. 68 6. Sources utilisées 6.1. Entretiens réalisés Tous les entretiens sont qualitatifs, et semi directifs, d’une durée de 1heure 30 environ. Nom Qualification Paul Lucchese, Programme Nouvelles technologies de l’Energie Yvan Faucheux Directeur du programme Energie -‐ Economie circulaire Commissariat Général à lInvestissement Patrice Geoffron Professeur dEconomie , Université Paris Dauphine Arnaud Chaperon Directeur Electricité et Nouvelles Energies de Total Alexis Gazzo Senior Manager chez Ernst & Young Climate Change and Sustainability Services Dominique Ramard Conseiller Régional Bretagne Ecologie et Président du groupe Bretagne Ecologie 6.2. Colloques Date Colloque 02/02/2011 Colloque SER : Énergies renouvelables fantasmes et réalités ? 22/03/2011 Colloque BPCE : Le financement de la croissance verte et responsable 6.3. Bibliographie • Rheinisch Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung (RWI) (2009) -‐ Economic impacts from the promotion of renewable energies: The German expérience • Frondel, Ritter & Schmidt (2008) Germany’s solar cell promotion : Dark clouds on the horizon ELSEVER • UNEP & EPO (2008) Patents and clean energy: bridging the gap between evidence and policy • Martin Pehnt, IFEU (Heildeberg) (2005) Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies, ELSEVER • MEEDDM / CGDD (2010) Rapport Filières industrielles stratégiques de l’économie verte • IEA (2009) Energy policies of IEA countries : France 2009 Review • IEA (2010) Technology Roadmap : solar photovoltaic energy • IEA (2009) Technology Roadmap : concentrated solar energy • MEIE / DGCIS (2008) L’industrie en France • CEA (2009) Memento sur l’energie, Energy handbook, Edition 2009 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 74

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • BCG (2010) What’s next for alternative energy • WWF / ECOFYS / OMA (2011) The energy report 100% renewable by 2050 • Mark Z. Jacobson & Mark A. Delucchi (2010) Providing all global energy with wind, water, and solar power, Stanford University, ELSEVER • DGCIS (2011) Technologies clés 2015 • SER / ADEME / CapGemini (2010) Windustry France • SER (2010) Etat des lieux parc français éolien • John O. Blackburn & Sam Cunningham (2010) Solar and Nuclear Costs, The Historic Crossover, NC WARN • Martin A. Green (2005) Silicon Photovoltaic Modules :A Brief History of the First 50 Years, WILEY INTERSCIENCE • ADEME (2010) Feuille de route Electricité Photovoltaïque • ADEME (2009) Feuille de route Solaire Thermodynamique • ECOFYS / ECN / TNO (2009) Les performances du photovoltaïque intégré au bâtiment • Jean-‐Michel CHARPIN IGF / CGIET (2010) Mission relative à la régulation et au développement de la filière photovoltaïque en France • Mikolasek Miroslav (2009) Current status and progress in the new generation’s silicon based solar cells POSTERUS • Fraunhofer ISE (2010) Annual report 2010 • Meng Tao (2008) Inorganic Photovoltaic Solar Cells: Silicon and Beyond, The Electrochemical Society Interface • Jean-‐François Guillemoles IRDEP (2010) The quest for very high efficiency in photovoltaic energy conversion, EPN • EPTP /CE (2009) Today’s actions for tomorrow’s PV technology : An Implementation Plan for the Strategic Research Agenda • Cyrus Wadia (2009) Materials Availability Expands the Opportunity for Large-‐Scale Photovoltaics Deployment, Berkeley University • SOLAR PACES / GREEN PEACE / ESTELA (2009) Concentrating Solar Power Global Outlook 09 Why Renewable Energy is Hot • Claude ACKET (2010) LE SOLAIRE THERMODYNAMIQUE 6.4. Webographie Photovoltaïque • Prix du module : http://www.solarbuzz.com/facts-‐and-‐figures/retail-‐price-‐ environment/module-‐prices • Coûts :http://www.outilssolaires.com/pv/prin-‐couts.htm • Cout du kWh : http://www.greenunivers.com/2009/02/repere-‐cout-‐du-‐solaire-‐2430/ • Capacité production / PDM : http://www.energies-‐ renouvelable.com/nouvelle/dossier,fabricant,panneaux,solaire,photovoltaique.html • Brevets : http://www.enerzine.com/1/8344+la-‐filiere-‐photovoltaique-‐sous-‐langle-‐des-‐ brevets+.html • Futures technologies : -‐ http://cerig.efpg.inpg.fr/memoire/2010/impression-‐photovoltaique.htm -‐ http://www.futurepundit.com/archives/002789.html • Startups françaises : Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 75

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique -‐ http://tecsol.blogs.com/mon_weblog/2010/03/nexcis-‐le-‐salut-‐de-‐la-‐fili%C3%A8re-‐ photovolta%C3%AFque-‐fran%C3%A7aise-‐passe-‐par-‐linnovation.html -‐ http://www.vincent-‐industrie.com/en/activities/solar-‐photovoltaic/90-‐nice-‐ technology.html • Prospective : http://heloim.sinclair.over-‐blog.com/article-‐prospectives-‐du-‐marche-‐ photovoltaique-‐d-‐ici-‐2014-‐52675391.html • BIPV : -‐ http://www.tuvdotcom.com/pi/web/whatStandards.xml?LanguageChanged=fr -‐ http://www.enerzine.com/1/7175+le-‐bipv-‐invite-‐dhonneur-‐du-‐grenelle-‐ environnement+.html -‐ http://www.cythelia.fr/photovoltaique-‐integre-‐au-‐bati.php -‐ http://www.ecotemis.com/en/40/Our-‐products-‐and-‐services -‐ http://www.enerzine.com/1/10545+des-‐modules-‐en-‐verre-‐photovoltaiques-‐sur-‐ mesure+.html -‐ http://www.enerzine.com/1/11596+questions-‐a-‐benoit-‐rolland-‐dg-‐de-‐ tenesol+.html Thermodynamique • Fonctionnement général : -‐ http://www.greenunivers.com/2009/06/solaire-‐concentration-‐force-‐7955/ -‐ http://www.terra-‐economica.info/Le-‐solaire-‐a-‐concentration-‐revient,1438.html -‐ http://www.greenunivers.com/2009/09/solaire-‐thermique-‐csp-‐19632/ -‐ http://sfp.in2p3.fr/Debat/debat_energie/websfp/rivoire.htm -‐ http://www.energythic.com/view.php?node=184 • Industrie : -‐ http://www.areva.com/FR/notreoffre-‐725/solaire-‐a-‐concentration-‐-‐solutions-‐en-‐ energies-‐renouvelables.html -‐ http://www.greenunivers.com/2009/06/solaire-‐concentration-‐force-‐7955/ -‐ http://www.greenunivers.com/2009/05/repere-‐grands-‐projets-‐solaires-‐ thermiques-‐mondiaux-‐3016/ -‐ http://www.outilssolaires.com/pv/prin-‐centraleE.htm • Couts : -‐ http://energie.sia-‐conseil.com/20100930-‐les-‐centrales-‐solaires-‐thermodynamiques-‐ ont-‐elles-‐un-‐avenir-‐dans-‐le-‐mix-‐electrique-‐mondial/ -‐ http://sauvonsleclimat.typepad.fr/le_blog_de_lassociation_s/2010/09/solaire-‐ photovolta%C3%AFque.html • Futures technologies : http://www.electron-‐economy.org/article-‐14200375-‐6.html • Grands projets : http://www.lemonde.fr/idees/article/2010/11/01/desertec-‐et-‐ transgreen-‐le-‐temps-‐du-‐realisme_1433728_3232.html Eolien • Couts : http://www.eolien.be/node/57 • Industrie : • http://www.energies-‐renouvelable.com/nouvelle/dossier,fabricant,eolien.html • http://www.usinenouvelle.com/article/ces-‐entreprises-‐qui-‐y-‐croient.N116971 • http://www.eolien-‐poitou-‐ charentes.com/dyn/pages/actes_colloques/caen/synthesecaen3.pdf Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 76

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique • http://www.littoral-‐normand-‐ picard.cci.fr/fichiers/pdf/231_%3Cfont_class=orange10%3E%3Cb%3Ediversification_ industrielle_grand_eolien_rencontre_du_4_mai_2010%3Cb%3E%3Cfont%3E.pdf • Règlementation : http://www.arnaudgossement.com/archive/2010/10/02/loi-‐de-‐ finances-‐2011-‐relevement-‐de-‐l-‐ifer-‐eolien.html • Offshore : https://www.cms-‐bfl.com/Appel-‐doffres-‐eolien-‐offshore-‐en-‐France-‐02-‐03-‐ 2011 Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 77

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes Mission Prospective Technologique 6.5. Matrice MICMAC Guillaume Ebel Master MTI 2011 Yann Gérard 78

Les filières industrielles dans les énergies intermittentes

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