Les microbatteries : l’histoire discrète de la révolution du stockage d’énergie
Par Frédéric CANTIN, Consultant en financement de l’innovation
L’essor spectaculaire des batteries lithium-ion destinées aux smartphones, ordinateurs portables, outils électroportatifs, drones et véhicules électriques constitue l’une des grandes révolutions industrielles des trente dernières années. Pourtant, en parallèle de cette histoire désormais bien connue, une autre révolution énergétique se développe de manière beaucoup plus discrète. Celle des microbatteries rechargeables.
Alors que les batteries automobiles stockent plusieurs dizaines de kilowattheures et que celles des appareils électroniques portables se situent à l’échelle du wattheure, de nombreuses applications émergentes nécessitent aujourd’hui des sources d’énergie dont la capacité se mesure en milliwattheures, voire en fractions de milliwattheure. Cette demande est portée par l’essor des objets connectés (IoT), des capteurs autonomes, des dispositifs médicaux implantables, des systèmes MEMS, des étiquettes intelligentes ou encore de l’électronique embarquée de très petite taille.
Figure 1 : Evolution du marché mondial de l’IoT en milliards de dollars (Statistica Market Insights)
Figure 2 : Marché des appareils médicaux implantables en milliards de dollars (gminsights)
Contrairement à une idée répandue, les microbatteries ne constituent pas une innovation récente. Les premiers travaux sur les batteries solides en couches minces remontent aux années 1980. L’objectif était d’intégrer directement une source d’énergie dans des systèmes microélectroniques. Les chercheurs identifiaient déjà à cette époque le potentiel des architectures tout-solide pour alimenter des dispositifs miniaturisés.
Dans les années 2000, l’émergence de l’Internet des objets relance fortement l’intérêt pour ces technologies. Plusieurs acteurs industriels, notamment issus de l’écosystème des semi-conducteurs, développent alors des batteries ultraminces intégrables aux cartes électroniques. Parmi les pionniers figurent notamment Cymbet, Front Edge Technologies ou encore STMicroelectronics, qui cherchent à industrialiser des concepts issus de la recherche académique américaine et européenne.
Pourtant, malgré des avancées techniques réelles, les microbatteries ne parviennent pas à s’imposer massivement. Les piles bouton demeurent la solution dominante grâce à leur coût extrêmement faible, leur fiabilité éprouvée et des décennies d’optimisation industrielle. De leur côté, les supercondensateurs occupent certaines applications nécessitant des pics de puissance élevés et un nombre très important de cycles. Les microbatteries se retrouvent ainsi prises entre deux technologies déjà bien établies.
Le paradoxe est frappant : alors que les batteries lithium-ion ont transformé le monde « macro », leur déploiement à l’échelle microscopique s’est révélé beaucoup plus complexe que prévu.
La première difficulté provient directement de la miniaturisation. Lorsque l’énergie stockée tombe sous le milliwattheure, la quantité totale de lithium présente dans la cellule devient extrêmement faible. Dans ces conditions, la moindre contamination par l’humidité ou l’oxygène peut provoquer une dégradation significative des performances. Les couches de protection doivent donc constituer des barrières quasi parfaites. Tout en restant extrêmement fines et compatibles avec les procédés industriels de fabrication. Cette problématique d’encapsulation et de stabilité interfaciale est aujourd’hui identifiée comme l’un des principaux défis scientifiques des microbatteries solides.
Une seconde difficulté concerne les interfaces électrochimiques. À mesure que les dimensions diminuent, les phénomènes de surface deviennent prépondérants par rapport aux phénomènes de volume. La qualité des interfaces entre électrodes et électrolyte solide influence directement la puissance délivrable, la durée de vie et la stabilité de la batterie. Les recherches récentes portent notamment sur l’ingénierie des interfaces, les dépôts conformes par Atomic Layer Deposition (ALD) et les architectures tridimensionnelles capables d’augmenter la surface active sans accroître l’encombrement.
La gestion électronique constitue également un verrou souvent sous-estimé. Les circuits de protection conçus pour les smartphones ou les batteries de plusieurs wattheures consomment eux-mêmes une quantité d’énergie significative lorsqu’ils sont associés à une microbatterie. Le courant de veille du système de gestion peut alors représenter une fraction importante de la consommation totale du dispositif. La conception d’électroniques de contrôle ultra-basse consommation devient donc indispensable pour garantir plusieurs années d’autonomie. D’autant que certaines technologies de batteries ne supportent pas d’être entièrement déchargées.
Enfin, le coût de production reste un obstacle majeur. Les technologies de batteries en couches minces reposent souvent sur des procédés inspirés de la microélectronique : pulvérisation cathodique, dépôt chimique en phase vapeur, dépôt laser pulsé ou dépôt par couches atomiques. Ils offrent des performances élevées mais restent coûteux à grande échelle. Les opérations de caractérisation et de cyclage nécessaires au contrôle qualité contribuent également à augmenter les coûts de fabrication.
Après plus de vingt ans de développement, plusieurs signaux suggèrent que le secteur entre aujourd’hui dans une phase de maturité industrielle.
Les progrès réalisés dans les matériaux solides, les électrolytes minces, les architectures tridimensionnelles et les procédés de fabrication hérités de la microélectronique permettent désormais d’envisager des performances compatibles avec les besoins de l’IoT, des dispositifs médicaux et de l’électronique embarquée de nouvelle génération.
Parmi les acteurs européens les plus visibles figure notamment ITEN. ITEN développe des microbatteries lithium-ion solides montables en surface (SMD) directement sur les lignes d’assemblage électroniques conventionnelles. L’entreprise mise sur une architecture céramique tridimensionnelle visant à concilier densité énergétique, puissance et intégrabilité industrielle. Elle annonce aujourd’hui une capacité pilote dépassant 30 millions de batteries par an ainsi qu’un programme industriel de très grande ampleur à l’horizon 2028.
Injectpower a choisi une stratégie différente, centrée sur les dispositifs médicaux miniaturisés en 2D. Ce marché présente des contraintes réglementaires extrêmement fortes mais accepte des coûts unitaires plus élevés que ceux des capteurs IoT grand public. Cela permet ainsi de financer plus facilement l’industrialisation initiale des technologies. Elle vise une mise en production à fin 2026.
Plus récemment, Voltify explore également des architectures de microbatteries tridimensionnelles destinées à des applications exigeantes telles que la défense, le spatial ou certains équipements industriels, avant d’envisager un déploiement plus large vers l’IoT.
Figure 3 de gauche à droite : ITEN, INJECTPOWER, VOLTIFY, les 3 microbatteries françaises
Ces entreprises doivent toutefois affronter des groupes asiatiques déjà fortement implantés dans le domaine des composants électroniques miniaturisés. Notamment TDK et Murata Manufacturing, qui disposent d’importantes capacités industrielles et commerciales.
La question n’est probablement plus de savoir si les microbatteries trouveront leur marché, mais à quelle vitesse elles remplaceront progressivement les solutions existantes.
La convergence entre électronique ultra-basse consommation, récupération d’énergie ambiante (solaire, vibration, thermique, radiofréquence) et batteries solides miniaturisées ouvre la voie à des objets autonomes capables de fonctionner pendant plusieurs années sans maintenance. Cette perspective est particulièrement attractive pour les milliards de capteurs que nécessitent les infrastructures connectées, l’industrie 4.0, la logistique intelligente ou la santé numérique.
Après plusieurs décennies de maturation scientifique et industrielle, les microbatteries semblent ainsi entrer dans une phase comparable à celle qu’a connue la batterie lithium-ion conventionnelle au début des années 1990 : celle du passage progressif du laboratoire à la production de masse.
Afin de promouvoir l’innovation dans le secteur des batteries et de soutenir les initiatives de recyclage, plusieurs dispositifs de financement ont été mis en place au niveau national et européen.
Le Crédit d’Impôt Recherche (CIR) accompagne les entreprises dans la réalisation de projet de recherche fondamentale, appliquée ou expérimentale, depuis plus de 40 ans. La recherche française dans le domaine des batteries est mondialement reconnue et compte des acteurs majeurs, tant privés que publics.
Le crédit d’impôt au titre des investissements dans l’industrie verte (C3IV), institué par l’article 244 quater I du Code Général des Impôts, a pour objet de soutenir les investissements productifs réalisés en France dans certaines filières stratégiques de la transition énergétique. Il s’applique aux dépenses d’investissement éligibles engagées dans le cadre d’activités contribuant notamment à la production de batteries, de panneaux solaires, d’éoliennes ou de pompes à chaleur. Pour la filière batteries, le dispositif couvre notamment les investissements liés à la fabrication de cellules de batteries, de modules de batteries, de composants essentiels destinés à leur production ainsi qu’à certaines opérations relatives aux matières premières critiques utilisées dans cette chaîne de valeur. Il a été prolongé jusqu’au 31 décembre 2028.
L’Appel à projets générique n°5 « i-Démo – soutien aux projets structurants de R&D&I » – dernière date de relève le 09/09/2026.
Cet AAP, inscrit dans le cadre du plan France 2030, vise à soutenir le développement d’entreprises industrielles et de services sur des marchés stratégiques, générateurs de valeur ajoutée et de compétitivité pour l’économie française, tout en accompagnant les transitions énergétiques, écologique et numérique.
L’Appel à projets « Première Usine » France 2030 – dernière date de relève le 06/04/2027
Le Gouvernement a mis en place une politique ambitieuse de soutien à l’innovation, en particulier à destination des acteurs émergents. Dans le cadre du plan d’investissement France 2030, l’appel à projets « Première usine » vise à accélérer l’émergence de premières réussites d’industrialisation par des start-ups industrielles, ou PME innovantes.
Le programme [Pack relocalisation] Soutenir l’investissement industriel de la région Auvergne-Rhône-Alpes, Pour toute entreprise désireuse d’implanter ou développer mon appareil de production pour participer à une démarche de (re)localisation d’activités industrielles en Région Auvergne-Rhône-Alpes ou de développement d’une production « Fabriqué en France et en Région ». Plus précisément, je recherche une aide pour financer des investissements.
Le programme HORIZON-CL5-2026-09-D2-01 – Producing battery-grade materials for electrodes through sustainable processing and refining of raw materials or developing bio-based materials (BATT4EU Partnership)
Les propositions doivent contribuer à l’ensemble des points suivants :
Les propositions relevant de ce thème doivent aborder tous les aspects de l’une des catégories suivantes :
Article rédigé par notre expert
Frédéric CANTIN, Consultant – Financement de l’Innovation
Titulaire d’un diplôme d’ingénieur généraliste de Centrale Marseille. Il dispose d’une expérience de 20 ans dans l’industrie (grande entreprise et start up), avant de rejoindre le métier du conseil. Il accompagne ses clients dans le secteur du financement fiscal de la recherche et dans le management de leurs innovations.
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