Energie Michael Graetzel, le visionnaire de l'industrie solaire Le professeur de l'EPFL aura dû attendre près de vingt ans pour voir ses panneaux solaires à colorant passé du statut d'invention à celui de l'industrialisation de masse en Europe et en Asie. Retour sur un parcours hors du commun.

Par Fabrice Delaye - Bilan No.20 - 18.11.2009

Tout arrive en même temps pour Michael Graetzel. Ou presque. Ce vendredi 20 novembre, le professeur de l'EPFL recevra des mains de la conseillère fédérale Doris Leuthard le prix Balzan. A peine moins prestigieuse que le Nobel, cette récompense d'un million de francs a le mérite d'arriver à point nommé. Depuis octobre au Pays de Galles chez G24i, depuis cet été à Aubonne chez Solaronix ainsi que chez plusieurs fabricants au Japon et en Corée, les usines produisant les cellules solaires à colorant inventées par ce chimiste tournent à plein régime.

Michael Graetzel peut enfin avoir le sourire. Il attend depuis près de vingt ans le passage à l'industrialisation de masse de son invention. Dix fois annoncé, ce décollage s'est pourtant trouvé pris dans les difficultés de la mise au point des procédés de fabrication, les attaques contre les brevets et les revirements de stratégie industrielle. Alors, cette fois, est-ce la bonne?«Les premières sacoches équipées de nos cellules souples viennent d'être vendues à Hongkong», répond-il au cours d'une conversation téléphonique depuis son hôtel à Séoul. Ce jour-là, il a négocié avec le CEO d'un important groupe coréen un nouveau partenariat potentiel pour produire des cellules. Et il s'apprête à rencontrer les dirigeants de Timo, une entreprise de construction locale qui a inauguré en juillet une usine pilote.

La période est vraiment propice au professeur lausannois. «Nous avons aussi des contacts avancés à Taïwan et en Chine. Et nos partenaires japonais nous ont informés qu'ils allaient lancer la commercialisation en 2010.» Un enthousiasme que partage Tobias Meyer, CEO de Solaronix. Implantée à Aubonne, cette start-up issue des recherches sur les cellules Graetzel a «résolu tous les problèmes de fabrication». «Nous produisons depuis cet été des cellules de 30 centimètres. Nous allons gentiment augmenter la production.»De toutes les récompenses que Michael Graetzel a reçues, son bureau déborde de titres de docteur honoris causa et autres distinctions des plus prestigieuses universités du monde, c'est cette reconnaissance des industriels qui lui donne actuellement le plus de satisfaction.

Que d'obstacles cependant avant d'en arriver là. Mais aussi quelle persévérance à mettre au crédit de Michael Graetzel. De l'échec d'un premier partenariat avec ABBen 1992 à l'enterrement d'une collaboration en 1998 avec le consortium allemandINAP, les cellules Graetzel ont connu des déboires qui auraient pu tuer les recherches. En Suisse, leur médiatisation n'a pas arrangé les choses. Comme elles intéressaient les industriels, l'Office fédéral de l'énergie n'a par exemple jamais jugé bon de subventionner les nombreuses recherches qui restaient pourtant nécessaires à leurs développements.

Rendez-vous avec l'histoire

En dépit de ces difficultés, Michael Graetzel s'est entêté avec un courage dont il faut chercher la source dans une histoire personnelle qui se mélange à la grande histoire. Il est né dans une famille de six enfants en 1944 à Dorfchemnitz, près de Dresde. A cette époque, son père, pasteur luthérien, n'hésite pas à apporter son aide à des juifs malgré les menaces de mort des nazis. L'arrivée des communistes et son courage d'opposant en font ensuite une cible de la Stasi. Dans cet univers sombre, la première chance de Michael Graetzel sera sa voix. Avec son frère, aujourd'hui chanteur d'opéra, il fait ses classes au Collège de la Croix à Dresde, connu pour son choeur huit fois centenaire. Comme cet ensemble fait figure de monument historique, l'école est épargnée par les communistes. Cela lui a permis d'apprendre le latin et bien sûr le russe mais aussi de voyager à l'Ouest et de recevoir une éducation de pointe en science comme en philosophie.

Quand il achève sa scolarité en 1960, son père ne voit cependant qu'un avenir bouché à lui offrir, à l'instar de ses frères et soeur. Les fils de pasteur ne vont pas à l'université. La famille choisit le passage à l'Ouest. Ce seront les camps de réfugiés puis des années dans un pensionnat proche du lac de Constance, toujours marqué par la figure de courage de son père qui doit aller jusqu'au procès pour retrouver une paroisse après avoir quitté la sienne en RDA.Cette jeunesse à la Angela Merkel ou à l'Oswald Grübel (l'actuel patron de UBS) lui apporte une personnalité incroyablement optimiste et tenace. Le courage de son père va aussi le libérer des ombres qui hantent l'Allemagne. Alors que ses proches pensent qu'il va devenir pianiste, Michael Graetzel choisit la science. Il fait ses études de chimie à l'Université libre de Berlin-Ouest. Sa thèse porte sur la chimie des rayonnements.Pour poursuivre dans cette voie, il prend un premier poste de chercheur aux Etats-Unis, à l'Université Notre-Dame. C'est là qu'il découvre les motivations profondes de son travail scientifique.

En pleine guerre du Kippour, il voit, à l'occasion d'un séjour en Allemagne, les voitures s'agglutiner devant les stations-service à cause de l'embargo pétrolier. «Dans l'avion qui me ramenait aux Etats-Unis, j'ai réalisé que nous courrions au-devant d'un gigantesque problème d'énergie. La solution à ce problème n'a plus jamais cessé de guider mes recherches.»Michael Graetzel va alors jouer de chance. A l'occasion d'une conférence à Göttingen, un chimiste de l'EPFL l'invite à venir à Lausanne. Là, il rencontre Maurice Cosandey, le premier président de l'EPFL. Le courant passe. Il pose sa candidature pour un poste de professeur.Installé dans la capitale vaudoise, Michael Graetzel, qui a plus que jamais la lumière du soleil en tête, s'inspire de travaux japonais sur des colorants organiques pour découvrir leurs propriétés conductrices d'électricité. L'un d'eux en particulier l'intéresse: l'oxyde de titane.

Il le disperse en solution, l'associe avec un colorant pour étudier ses réactions au moyen d'un laser. Il s'aperçoit alors que ces particules acceptent des charges du colorant excité par la lumière du laser, autrement dit la lumière est transformée en électricité de la même manière que la chlorophylle lors de la photosynthèse des plantes.L'oxyde de titane semble avoir tous les avantages. Abondant, il est bon marché et non polluant. Mais il faudra près de dix ans de recherche pour parvenir à récolter suffisamment d'électricité, essentiellement en augmentant la rugosité des surfaces de l'oxyde de titane. Cette idée d'utiliser les nanoparticules de l'oxyde pour porter le colorant, il l'expose dans un article du magazine Nature en 1991.

Cet article, qui va servir de référence à plus de 5000 publications d'autres chercheurs et à la prise de 2000 brevets, dont une trentaine de base par l'EPFL, enthousiasme aussi les industriels. Michael Graetzel est parvenu à découvrir une nouvelle filière pour l'électricité solaire. Il va pourtant s'apercevoir à quel point le chemin de l'industrialisation est plus difficile encore que celui de l'invention.Intéressés par la technologie avant même la publication dans Nature , la branche chimique du groupe Sandoz(Clariant aujourd'hui) et ABB mettent en place un partenariat. Malheureusement en 1992, le groupe helvético-suédois est rattrapé par ses difficultés et coupe toute sa recherche sur le photovoltaïque. A l'EPFL, c'est la désolation. Certes, il y a toujours un petit accord de licence avec le groupe SMH (Swatchaujourd'hui) avec l'exclusivité d'applications dans les montres. Mais l'école tire surtout la leçon qu'elle ne mettra plus tous ses oeufs dans le même panier.

Elle décide de négocier une douzaine de licences pour des puissances et des applications de cellules différentes.L'année 1993 se passe à rechercher le partenaire pour les panneaux de plus grande puissance. A Gelsenkirchen, une ville allemande sinistrée par la fin du charbon, un consortium (INAP) rassemblé autour du verrier Flachglas achète pour 5 millions de francs la première licence. Mais de retards de paiement en changements de stratégie, le projet finira par aller dormir dans un placard au bout de cinq ans chez le nouveau partenaire de Gelsenkirchen, le groupe électrique RWE.L'EPFL a cependant réussi à trouver d'autres partenaires suisses avec des licences partielles pour des développements de niches. C'est par exemple le cas de Leclanché. C'est aussi celui de Solterra, une entreprise tessinoise, d'un autre verrier, le groupe bernois Glas Trösch, ainsi qu'indirectement de Sustainable Technology, une entreprise australienne rebaptisée aujourd'hui Dyesol.

Enfin, en 1994, une première start-up est créée par un ancien élève de Michael Graetzel, Toby Meyer, et son frère jumeau Andreas: Solaronix.La technologie Graetzel va connaître des destins différents chez ces partenaires. Leclanché, Solterra et Glas Trösch jetteront progressivement l'éponge. Dyesol connaîtra des hauts et des bas avec une entrée en Bourse sans doute prématurée. Mais elle est toujours là et a même engrangé plusieurs contrats pour des parcs photovoltaïques «Graetzel» en Malaisie et en Italie. Solaronix, qui se spécialise d'abord dans la fabrication des colorants, commence à devenir rentable.Malgré des années de vaches maigres, Michael Graetzel s'entête et trouve des fonds dans les programmes européens Joule.

Désormais reprise par de nombreux laboratoires, la technologie progresse et d'autres industriels achètent des licences. C'est le cas en 1998 du «Bosch japonais», le fabricant de composants automobiles Aisin Seki proche de Toyota. C'est aussi celui d'Hitachi Maxell et de Mitsubishi.La technologie séduit même des groupes qui n'ont pas de licences comme Sony et Sharp. En 2001, l'américain Konarka entre dans la danse pour produire des cellules Graetzel souples comme on imprime des films photos. Il vendra finalement la technologie aux Britanniques de G24i qui viennent d'inaugurer leur première usine.On peut bien sûr gloser à l'infini sur le temps mis par les cellules Graetzel pour atteindre le marché. Mais c'est bien la réalité du marché qui les rattrape finalement aujourd'hui. Partout, on est en train de s'apercevoir que les subventions pour l'électricité solaire ne suffisent pas vis-à-vis des besoins dans ce domaine.

Du coup, la technologie Graetzel, qui diminue par dix les coûts de production du solaire parce qu'elle ressemble plus à de l'imprimerie qu'à la fabrication sous vide de silicium, arrive à maturité Et au bon moment. Du Japon au Pays de Galles en passant par Aubonne, les usines sont prêtes. Il reste à convaincre les consommateurs. Mais Michael Graetzel va pouvoir désormais consacrer plus de temps à sa seconde manière d'aborder la question de l'électricité: son stockage. Et là encore, il enregistre déjà du succès. High Power Lithium, entreprise qui améliore les performances des batteries au lithium qu'il a cofondée à Lausanne, vient d'être rachetée par le géant américain Dow Chemical.

 

Crédit photo:D.R.

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