Analyse du paysage des brevets sur les matériaux intelligents en verre électrochrome

Le verre électrochrome a attiré une attention croissante au cours de la dernière décennie en raison de son potentiel à améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments et des voitures. Nicolas Nowak, Consultant in Business Intelligence et responsable de la pratique en Chemistry, partage les principales conclusions de l'analyse du paysage des brevets de Questel dans ce domaine fascinant de l'innovation.

Le terme « matériaux intelligents » est utilisé pour décrire des matériaux capables de détecter et de réagir à des forces externes, telles que la lumière, la température, les contraintes ou les champs électriques ou magnétiques. L’un de ces matériaux intelligents est le verre électrochrome, qui peut améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments et des voitures en contrôlant la quantité de lumière solaire qui traverse une fenêtre.

Qu’est-ce que le verre électrochrome ?

Nous connaissons le verre principalement comme matériau de prédilection pour les fenêtres et les bouteilles, et il possède des propriétés spécifiques (dureté élevée, transparence, stabilité, etc.) qui le rendent très adapté à ces applications. Cependant, sa transparence peut aussi être l'un de ses principaux inconvénients, comme dans les bâtiments et les voitures, par exemple, où elle peut laisser passer la lumière visible et le rayonnement infrarouge même lorsque vous ne le souhaitez pas, créant ainsi des espaces surchauffés.

Le verre électrochrome décrit des types de verre intelligents qui peuvent changer de teinte ou d'opacité en réponse à une tension électrique. Il se compose souvent de deux couches de verre, avec une fine couche électrochrome entre les deux. Dans l'état standard, les ions à l'intérieur du revêtement sont distribués de manière aléatoire, ce qui fait que la lumière qui arrive sur eux est principalement diffusée ou réfléchie, rendant le verre sombre ou opaque. Mais lorsqu'un courant électrique est appliqué, les ions contenus dans le revêtement migrent ou s'alignent, permettant à la lumière de passer à travers, rendant le verre transparent. Le procédé est entièrement réversible et le changement de teinte peut être modulé en fonction de la tension appliquée.

Pour fonctionner au mieux, le verre électrochrome a besoin d'un logiciel et de contrôles pour dicter quand et comment il doit être teinté. Ceux-ci peuvent utiliser une combinaison d'entrées prédictives et en temps réel, telles que la météo, l'emplacement et la couverture nuageuse, pour permettre au logiciel et aux commandes de gérer la lumière du jour, l'éblouissement, la consommation d'énergie et le rendu des couleurs tout au long de la journée. Grâce à ces paramètres et à d'autres paramètres de configuration, le verre peut changer automatiquement en fonction des conditions de lumière et de chaleur et des préférences des utilisateurs.

Les verres électrochromes pourraient être confondus avec les verres photochromiques, qui sont souvent utilisés dans les lunettes (solaires) de « transition » mais qui en sont très différents. Dans les verres photochromiques, le verre s'assombrit lorsque le nombre de photons qu'il reçoit augmente ; aucune action extérieure n'est nécessaire, la propriété est intrinsèque au matériau lui-même et le changement est progressif et très lent par rapport à la plupart des systèmes électrochromes.

Outre la rapidité d’action des différents types de verres électrochromes, leurs principaux avantages concernent :

• Efficacité énergétique : ils peuvent réduire la consommation d’énergie des bâtiments et des voitures en régulant la quantité de chaleur et de lumière qui pénètre dans l’espace.
• Confort amélioré : ils peuvent améliorer le confort des occupants en réduisant l’éblouissement et les gains de chaleur, créant ainsi un environnement plus agréable et plus confortable.
• Intimité : ils peuvent assurer l’intimité en assombrissant le verre à la demande, réduisant ainsi le besoin de rideaux ou de stores.
• Esthétique : ils peuvent être utilisés pour créer des façades et des intérieurs visuellement attrayants, avec la possibilité de modifier l’apparence du verre sur simple pression d’un bouton.

Grâce à cette capacité à réguler la transmission de la lumière et de la chaleur, ils trouvent également des applications dans diverses industries, telles que l’automobile, la construction, l’aérospatiale et la lunetterie. En outre, ils ont récemment été introduits dans les téléphones mobiles pour leurs obturateurs d'appareil photo et leurs écrans, ce qui créera de nombreuses opportunités pour le marché du verre électrochrome. Ce marché devrait passer de 1,8 milliard de dollars en 2022 à près de 4 milliards de dollars d'ici 2030, ce qui signifie que la demande mondiale devrait augmenter d'environ 9 % par an.

Analyse du paysage concurrentiel et de la part de marché du verre électrochrome  

L’analyse du paysage des brevets offre des informations précieuses sur l’innovation, nous aidant notamment à prédire l’avenir de la technologie. Dans cette partie, je partagerai ce que les dépôts de brevet pour l'innovation en matière de verre électrochrome peuvent nous apprendre sur la prochaine génération de ces matériaux, y compris les principaux acteurs industriels et les principaux marchés de recherche et développement (R&D) derrière cette solution innovante.

Que nous apprend la dynamique des brevets sur le statut d’innovation de cette technologie ?

Pour comprendre les activités d'innovation et de R&D dans cette technologie, nous avons effectué une recherche macro à l'aide de notre logiciel propriétaire d'intelligence PI . En analysant les brevets collectés grâce à notre expertise en services de conseil en propriété intellectuelle , nous avons pu créer un aperçu mondial fascinant de l'avancement de la recherche et des investissements dans ce domaine.

Au total, la base de données comprend 5 080 familles de brevets déposées au cours des 20 dernières années. La dynamique des dépôts de brevets révèle une technologie établie qui a encore vu une activité augmenter au cours des 20 dernières années, même si cette tendance semble s'arrêter au cours des quatre dernières années (2018-2021). Le nombre de familles de brevets récupérées était d'environ 70 en 2003 et s'élève désormais à environ 440 dépôts par an.

Matériaux intelligents : points chauds géographiques pour les innovations en matière de verre électrochrome

Le remplissage par pays prioritaire s'effectue le plus souvent dans le pays dans lequel la R&D est réalisée. L'examen de ces données nous montre donc quels pays sont les plus innovants et lesquels cherchent à protéger leurs inventions. Même si les trois principaux acteurs sont européens et américains, la Chine reste identifiée comme le principal pays d'origine des inventions en matière de verre électrochrome, avec environ 52 % du nombre total de familles de brevets.

Les entreprises américaines et japonaises suivent avec 17 % et 9 % des brevets déposés en premier dans ces pays. La contribution européenne aux activités de recherche est encore faible par rapport à celle de l'Asie et des États-Unis, mais l'activité de dépôt en Europe semble plus importante qu'au début de la période. Les nombreuses législations européennes relatives à l'économie de consommation énergétique des bâtiments pourraient être une des raisons de cette activité, même si elle reste encore bien en deçà des niveaux chinois et américains.

Couverture du marché pour les innovations en matière de verre électrochrome

Il n’est pas surprenant de constater que le plus grand nombre d’inventions ont été publiées dans les principaux pays innovants, à savoir la Chine et les États-Unis. Mais l’Europe grimpe ici à la troisième place car le marché semble plus mature avec des programmes d’économies d’énergie plus avancés comme le Green Deal.

Dynamique des brevets et meilleurs acteurs

Parmi les principaux investisseurs en innovation dans les brevets sur le verre électrochrome, on retrouve des acteurs majeurs des industries du verre et de la chimie. Le principal contributeur est Saint-Gobain, notamment ses filiales Saint-Gobain Glass et Sage Glass. Le groupe possède 175 familles de brevets, dont 148 sont toujours vivantes.

View est un pure player dans le domaine, spécialisé dans les fenêtres intelligentes, et la société compte 115 familles de brevets dans notre base de données, dont 110 en vigueur. Cependant, la société a récemment eu des problèmes avec la Securities and Exchange Commission (SEC) des États-Unis, qui a porté plainte pour fraude . Son portefeuille de brevets reste néanmoins de premier plan et pourrait intéresser des acheteurs ou investisseurs potentiels pour l'entreprise.

D'autres acteurs importants sont Corning, LG Chem, BOE Technology Group et Schott, qui sont des sociétés établies qui se lancent dans le domaine ou assurent une position de leader en tant qu'acteur visible dans le domaine. Cependant, il existe également des entreprises plus petites, dont la plupart sont des pure player ; par exemple, Gentex, un fabricant d'équipement d'origine (OEM) pour les constructeurs automobiles spécialisé dans le développement et la fabrication de produits électroniques de haute technologie sur mesure pour les domaines de l'automobile et de l'aérospatiale. De même, Halio (anciennement Kinestral Technologies) est active dans le domaine du bâtiment et de la construction en tant que développeur et fabricant de technologies électrochromes avancées pour fabriquer des fenêtres en verre intelligentes à teinte rapide.

Le tableau suivant montre l'activité en matière de brevets de certains des principaux acteurs au cours des 10 dernières années.

Ce que l'on peut constater ici, c'est que Saint-Gobain, acteur établi dans l'industrie du verre, est toujours innovant dans le domaine, avec une activité de brevets de l'entreprise au cours des cinq dernières années à un niveau jamais atteint. En revanche, Corning, Schott et AGC Glass, trois autres acteurs majeurs de l'industrie verrière, semblent réduire lentement leur activité dans les verres électrochromes.

Autre point intéressant de ce graphique, l'arrivée récente, de 2017 à 2019, d'acteurs du monde des télécommunications (Guangdong Oppo Mobile Telecommunications, Truly Opto-electronics, Legend Vision Electromechanical), déposant des brevets pour du verre électrochrome avec une application principale pour les téléphones portables. . L’analyse du paysage des brevets confirme ici l’intérêt croissant du secteur pour ces matériaux.

On voit donc clairement que le marché des verres électrochromes est appelé à croître, grâce à la demande de trois secteurs principaux :

• le secteur du bâtiment, pour lequel les verres électrochromes peuvent contribuer à réguler la chaleur et la lumière et à économiser de l'énergie dans le contexte du changement climatique ;
• l'industrie automobile, dont les toits ouvrants en verre bénéficieraient également de ces innovations en aidant à réguler la lumière et la chaleur, et
• le secteur de la téléphonie mobile, qui a connu une demande en croissance rapide au cours des cinq dernières années.

L’analyse du paysage des brevets peut fournir des informations précieuses sur les tendances et les marchés de la R&D et de l’innovation, comme nous espérons que cette analyse sur le verre électrochrome l’illustre. Pour plus de détails sur l'activité des brevets dans le secteur des télécommunications mobiles ou pour des conseils ou une assistance spécifiques, contactez l'équipe Questel IP Consulting .

Nicolas Nowak est Consultant in Business Intelligence et chef de pratique de l'équipe Chemistry. Titulaire d'un Master en Chemistry Analytique et Management de la Qualité, et d'un Doctorat en chimie des matériaux, Nicolas possède plus de 16 ans d'expérience en chimie inorganique, en gestion de projets et en activités de conseil. Nicolas a notamment travaillé pour COLAS SA sur les matériaux composites à base de verre pour des applications de visualisation et de sécurité, et pour Johnson Matthey en tant que scientifique senior sur de nouveaux verres et pâtes d'argent de métallisation pour les applications de cellules solaires.