Projet de recherche «H2 districts» mené à bien : Comment les piles à combustible à hydrogène soutiennent le réseau électrique
Dübendorf, 20.04.2026 — Les piles à combustible à hydrogène se prêtent parfaitement à soutenir les réseaux électriques des systèmes énergétiques de quartier lors des pics de charge et à intégrer l’hydrogène dans les installations techniques des bâtiments. C’est ce que démontre un projet de recherche mené par l’Empa, le groupe Hälg, le groupe Osterwalder et H2 Energy AG. L’étude s’est également concentrée sur la réduction des émissions de CO₂ grâce à l’utilisation d’hydrogène renouvelable.
Pour réduire les émissions de CO₂ dans le secteur du bâtiment, les pompes à chaleur électriques jouent un rôle clé. Toutefois, leur utilisation lors des journées froides à forte demande thermique entraîne des pics de charge sur le réseau électrique. L’augmentation du nombre de véhicules électriques accentue encore cette pression, ce qui nécessite à la fois une augmentation des capacités de production et un renforcement des réseaux de distribution.
Une solution alternative prometteuse à ce défi consiste à utiliser l’hydrogène stocké localement comme puissant vecteur d’énergie et à exploiter des piles à combustible dans les installations techniques des bâtiments. L’électricité produite par les piles peut être utilisée sur place pour alimenter la pompe à chaleur, tandis que la chaleur résiduelle générée soutient le chauffage du bâtiment. Il est également possible de recharger directement des véhicules électriques, ce qui contribue à soulager encore davantage le réseau électrique. L’utilisation de l’hydrogène produit grâce à des excédents de production, par exemple issus d’installations photovoltaïques ou de centrales hydroélectriques, est particulièrement respectueuse de l’environnement.
Bases opérationnelles et essais pratiques
En collaboration avec le groupe Hälg, le groupe Osterwalder et H2 Energy AG, les chercheurs de l’Empa ont étudié l’utilisation de piles à combustible stationnaires à hydrogène (H₂) pour éviter les pointes de charge dans les systèmes énergétiques de quartier. Un système de pile à combustible nouvellement développé a été utilisé à cet effet : Il ne fournit pas seulement de l’électricité, mais peut aussi, grâce à un échangeur de chaleur spécial, fournir des températures intermédiaires d’environ 35 °C au réseau de chauffage du bâtiment d’innovation « NEST » et du campus Empa à Dübendorf.
Entre octobre 2023 et septembre 2025, les bases opérationnelles et un modèle de simulation pour la conception et le fonctionnement d’un tel système de couverture de pointe ont été élaborés. Une installation de test a été mise en place à côté du démonstrateur de mobilité « move » sur le campus de l’Empa à Dübendorf. Cela a permis, dans un contexte réel au sein de la plateforme de recherche énergétique « EnergyHub », de valider les paramètres d’exploitation et le potentiel de réduction du CO₂. Dans le cadre du projet pilote et de démonstration du consortium SWEET-PATHFNDR, le projet de recherche a été soutenu par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN).
L’hydrogène lisse les pics de charge électriques et thermiques dans les bâtiments
Les résultats des deux années de recherche sont très positifs : l’installation a atteint un rendement électrique allant jusqu’à 48% et un rendement thermique de 50%, pour un rendement global moyen de plus de 90%. L’objectif de lissage des pics de charge, appliqué à l’ensemble du du bâtiment d’innovation NEST, a permis de réduire de plus de 10% les coûts totaux liés aux pointes de consommation. Pour évaluer la rentabilité d’un tel système, des analyses de sensibilité ont été réalisées en fonction des tarifs de puissance et de la demande énergétique annuelle.
«Nos essais ont montré que les piles à combustible peuvent efficacement compenser les pointes de charge électrique et thermiques dans les bâtiments. Cela démontre que la gestion des pics de charge à base d’hydrogène est techniquement faisable et offre des enseignements précieux pour le pilotage de systèmes énergétiques complexes», Binod Prasad Koirala, explique chef adjoint du département du laboratoire de l'Empa «Urban Energy Systems». Utilisées avec de l’hydrogène vert, ces piles contribuent en outre à la réduction mesurable des émissions de CO₂ et deviennent ainsi un élément clé d’un système énergétique resilient pauvre en carbone.
Les domaines d’application possibles de ce type de piles sont les quartiers ou zones urbaines où les pompes à chaleur air-eau dominent l’approvisionnement en chaleur, ainsi que les secteurs présentant régulièrement une forte demande de puissance, tels que les écoles, infrastructures sportives, piscines, hôtels ou centres logistiques. L’intérêt économique dépend néanmoins de plusieurs autres facteurs, comme l’évolution future des prix de l’électricité, les frais de puissance et les éventuels prix du CO₂.
Information
Dr. Binod Prasad Koirala
Urban Energy Systems
+41 58 765 4683
binod.koirala@empa.ch
Andrea Orlando
Hälg Group
+41 71 243 37 30
andrea.orlando@haelg.ch