Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Depuis au moins cinq ans, l’hydrogène vert s’impose comme un sujet central dans les débats énergétiques en Suisse et en Europe. Il est considéré comme un élément clé de la transition vers un système énergétique décarboné, jouant un rôle de lien essentiel entre l’électrification et les systèmes de combustion. Grâce à sa capacité à stocker l’énergie issue de sources renouvelables intermittentes comme l’éolien et le solaire, l’hydrogène permet une conversion efficace en énergie exploitable pour des applications nécessitant une combustion, notamment dans les transports lourds et certaines industries. Son importance dans la mutation vers des systèmes énergétiques plus propres et durables est donc indéniable.
Le stockage de l’électricité excédentaire via l’hydrogène contribue à renforcer la résilience de l’approvisionnement énergétique du pays. Les technologies «Power-to-X» (PtX) permettent d’absorber les excédents du réseau électrique, en particulier durant la période de forte production photovoltaïque, de mars à octobre, lorsque la demande reste relativement faible. Cet hydrogène peut ensuite être utilisé dans d’autres secteurs, notamment pour la production de chaleur industrielle à haute température, ou stocké en vue d’une réutilisation en hiver, améliorant ainsi la sécurité d’approvisionnement énergétique. Toutefois, cette approche requiert des infrastructures de stockage saisonnier adaptées en Suisse.
L’hydrogène pourrait jouer également un rôle dans la production d’électricité décarbonée durant l’hiver et dans la stabilisation du réseau lors des périodes de tension sur l’approvisionnement. Cependant, une augmentation de la demande en hydrogène pourrait nécessiter le recours aux importations, engendrant de nouvelles formes de dépendance énergétique. Le développement du secteur dépendra aussi de l’évolution du marché et de la compétitivité de la conversion de l’électricité en hydrogène et inversement.
Consciente de ces enjeux, la Suisse s’engage pleinement dans le développement de cette technologie en l’intégrant dans sa stratégie nationale de transition énergétique [1]. Son objectif: atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 en faisant de l’hydrogène un levier essentiel pour un approvisionnement énergétique durable et sans recours aux énergies fossiles.
La Confédération suisse a récemment défini plusieurs axes stratégiques pour favoriser le déploiement de l’hydrogène et des dérivés PtX [2]:
Selon les projections de la Confédération, la demande en hydrogène en Suisse restera modérée jusqu’au milieu des années 2030, avec une production nationale suffisante pour couvrir une grande partie des besoins.
Cette stratégie vise ainsi à poser les bases d’une transition énergétique durable et à positionner la Suisse comme un acteur majeur dans l’essor de l’hydrogène, garantissant une indépendance énergétique accrue tout en contribuant aux objectifs climatiques internationaux.
La décarbonation constitue le fil conducteur du projet mené à Bulle, fruit d’une collaboration entre Gruyère Energie SA, fournisseur régional d’énergie, et Liebherr Machines Bulle SA (LMB), spécialisé dans la fabrication de moteurs.
En 2020, le groupe Liebherr a annoncé son engagement dans le développement de moteurs fonctionnant avec des carburants alternatifs, avec pour objectif la neutralité carbone à l’horizon 2050. Dans cette optique, deux bancs d’essai ont été installés sur le site de Bulle afin de développer un moteur à combustion alimenté à l’hydrogène. Cette initiative répond à un besoin impératif de décarbonation, notamment pour l’industrie et la mobilité lourde (camions, bus, trains, véhicules de chantier).
Gruyère Energie, en tant que fournisseur d’énergie de la région de Bulle (FR), a pris en compte cette demande spécifique en décidant de mettre en place une installation de production d’hydrogène vert à proximité de LMB. Cette démarche s’inscrit également dans une volonté d’optimiser la gestion des surplus d’électricité, qui deviennent de plus en plus fréquents sur le réseau à cause du nombre croissant d’installations photovoltaïques raccordées. À certaines périodes de la journée, l’infrastructure de Gruyère Energie se retrouve saturée d’énergie excédentaire provenant des panneaux solaires des habitants raccordés au réseau électrique.
Ce phénomène, qui touche l’ensemble des réseaux électriques desservant les petites villes et zones rurales, pose un véritable défi. La puissance cumulée des installations solaires raccordées au réseau de Gruyère Energie dépasse 25 MW, alors que la consommation oscille entre 15 et 30 MW. Disposer d’un moyen efficace pour stocker cet excédent d’énergie et le redistribuer en période de demande accrue est ainsi devenu une priorité stratégique pour Gruyère Energie.
Le partenariat entre Gruyère Energie et Liebherr favorise la mise en commun des expertises et des ressources: Gruyère Energie apporte sa maîtrise des infrastructures énergétiques, tandis que Liebherr se concentre sur le développement de moteurs exploitant des carburants alternatifs. Cette synergie encourage l’innovation technologique et favorise l’émergence de nouvelles solutions industrielles, notamment dans la motorisation à hydrogène.
Dès le lancement du projet en 2020, Gruyère Energie a sélectionné le site de la centrale de chauffe de Planchy Sud à Bulle pour implanter son unité de production d’hydrogène vert. Ce choix s’est imposé pour plusieurs raisons stratégiques:
L’emplacement stratégique de cette installation réduit également l’empreinte carbone en évitant le transport routier de l’hydrogène. L’approvisionnement en électricité verte repose sur un mix énergétique combinant production solaire photovoltaïque, cogénération à bois usagé et compléments issus du réseau électrique.
Ce partenariat vise à concilier transition écologique, innovation et développement économique local. Il constitue un modèle d’écosystème durable associant production d’énergie verte, industrialisation de solutions bas carbone et implication des acteurs régionaux.
En juin 2021, cette collaboration a abouti à la création de Gruyère Hydrogen Power SA (GHP), entièrement détenue par Gruyère Energie avant que Liebherr n’acquiert 25% du capital en mai 2023, suivi par les Transports Publics Fribourgeois (3%). Dotée d’un capital-actions de 3,3 millions de francs, cette entité a pour vocation de produire de l’hydrogène vert en vue de répondre aux objectifs de neutralité carbone fixés par la Confédération pour 2050.
Dans une perspective à moyen et long terme, GHP ambitionne d’accélérer l’intégration de l’hydrogène en tant que vecteur énergétique polyvalent, capable de répondre aux enjeux de décarbonation et de sécurité d’approvisionnement.
En s’implantant sur le site de la centrale de chauffe de Planchy de Gruyère Energie, Gruyère Hydrogen Power a trouvé un emplacement stratégique pour son développement (fig. 1). Située à environ septante mètres de l’interface avec Liebherr Machines Bulle, cette zone bénéficie déjà d’une infrastructure optimisée, où l’hydrogène est acheminé depuis trois ans par remorques transportées par camions. L’emplacement permet de réduire les distances de transport et d’exploiter la synergie entre plusieurs réseaux d’infrastructures essentiels tels que l’électricité, le chauffage à distance et l’eau potable.
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Ce projet se distingue par son approche innovante et intégrée, où la production et la consommation d’hydrogène sont concentrées dans un périmètre restreint (fig. 1). Il se démarque notamment par:
Les moteurs sont soumis à des tests rigoureux sur des bancs d’essai spécialement aménagés par Liebherr sur son site de Bulle. À ce jour, deux bancs d’essai testant des moteurs de 400 kW sont opérationnels, et leur nombre pourrait être augmenté à mesure que le programme évolue. Ces installations, conçues pour fonctionner avec de l’hydrogène, intègrent des standards de sécurité très élevés afin de garantir une utilisation fiable et sans risque.
Depuis le lancement du programme de développement des moteurs en 2021, l’hydrogène nécessaire aux essais est livré par camion-trailers. Durant cette phase transitoire de 2021 à 2024, Liebherr a signé un contrat d’approvisionnement en hydrogène avec un fournisseur de gaz du marché. Cet hydrogène, transporté sous une pression de 200 bar, est acheminé dans des remorques d’une capacité de 300 kg. La consommation varie fortement en fonction des besoins des essais, oscillant entre 0 et 300 kg par jour, en fonctionnement continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, avec une pression de service d’au moins 40 bar. L’engagement de Liebherr dans le développement de solutions à hydrogène participe ainsi activement à la transformation de l’industrie vers une mobilité et une construction plus durables.
L’objectif principal de GHP est la production d’hydrogène vert, issu d’eau et d’électricité renouvelable, afin d’être commercialisé à des fins énergétiques. Son modèle économique repose sur la diversification de ses débouchés dans trois secteurs clés:
Le projet représente un investissement total de plus de 9 millions de francs suisses.
L’installation de production de GHP repose sur plusieurs étapes essentielles résumées à la figure 2 et décrites ci-dessous.
Cœur du dispositif, les électrolyseurs PEM de H-TEC Systems ont été choisis pour leur capacité à absorber les fluctuations de production solaire tout en garantissant une pureté d’hydrogène de 99,995%. Deux modules ME450, d’une puissance nominale de 2 MW, permettent une production pouvant atteindre 38,5 kg d’hydrogène par heure. L’intégration de la conversion AC/DC et du traitement de l’eau est directement réalisée dans ces unités, qui suivent l’évolution des tendances du marché.
GHP a opté pour un stockage par hydrures métalliques (voir aussi encadré 1), offrant plusieurs avantages déterminants:
Le fournisseur de cette solution innovante est l’entreprise GRZ Technologies, basée à Avenches. Issue de recherches menées en particulier à l’EPFL chez le Prof. Andreas Züttel, cette société créée en 2017 offre des produits performants dans le domaine du stockage et la compression d’hydrogène.
Un compresseur à piston fourni par Atlas-Copco permet de comprimer l’hydrogène à 220 bar pour un premier palier, puis à 500 bar en sortie finale. Cette étape garantit une flexibilité pour l’usage industriel et le transport.
Une conduite de transport haute pression de 70 mètres relie GHP au site de LiebÂherr, oĂą deux emplacements sont prĂ©vus pour des remorques-trailers. Une voie ferrĂ©e des Transports Publics Fribourgeois sĂ©pare le site de production du lieu de consommation.
Le choix du transport d’hydrogène par un pipeline permet de répondre à plusieurs segments du marché. L’objectif premier est d’alimenter Liebherr en hydrogène à basse pression pour ses bancs d’essai. Dans un second temps, GHP entend développer une offre pour la mobilité lourde et l’industrie, avec la possibilité de remplir des remorques-trailers pour d’autres clients. C’est pourquoi, le pipeline a été conçu pour transporter de l’hydrogène aussi bien à basse qu’à haute pression. La conduite permet le transfert d’hydrogène jusqu’à 450 bar avec un débit maximal de 350 kg/h.
Initialement, l’installation d’un compresseur haute pression sur le site de Liebherr avait été envisagée, mais les contraintes réglementaires et les coûts élevés ont conduit à privilégier la pose d’une conduite haute pression. Malgré un coût de construction plus élevé par mètre, cette solution offre plus de flexibilité et réduit les contraintes administratives.
L’installation (photo de titre et fig. 4, 5 et 6) est opérationnelle depuis le 1er octobre 2024 et GHP a entamé une phase de mise au point de son exploitation.
Le principal défi à surmonter consiste à éliminer toutes les imperfections liées à la régulation du système. L’objectif est d’avoir un système totalement automatisé, capable de fonctionner sans nécessiter la présence permanente de personnel sur le site. Étant donné qu’il n’existe pas de norme spécifique pour la gestion automatique d’une installation de ce type, le projet a été conçu à partir de zéro, avec l’équipe de projet dédiée et les automaticiens de Gruyère Energie. La gestion complète de la chaîne, de la disponibilité de l’électron vert excédentaire à la livraison de la molécule d’hydrogène à la bonne pression et au bon moment, présente une complexité notable. D’où l’importance de cette période de rodage, durant laquelle le personnel chargé des petites interventions de maintenance doit suivre une formation spécifique. Il faut noter que pour tout le développement du projet, GHP s’est attaché les services de GRZ Technologies comme mandataire externe pour le développement des infrastructures liées au processus d’hydrogène.
Gruyère Hydrogen Power entrevoit des perspectives intéressantes pour 2026. Si l’installation fonctionne de manière satisfaisante, les conditions prévues dans la stratégie hydrogène de la Confédération devraient permettre d’améliorer les performances économiques de l’opération. Cela inclut principalement un ajustement favorable des tarifs de l’électricité, à travers la mise en œuvre des articles relatifs au soutien des technologies PtX dans l’ordonnance sur l’énergie, validée par le peuple lors de la votation du 9 juin 2024.
Le principal client de GHP est le groupe Liebherr, qui utilise l’hydrogène pour ses essais moteurs en développement. Le marché de la mobilité lourde (transports publics, camions) suscite également l’intérêt de GHP. Dans ce secteur, il est nécessaire de suivre les évolutions des produits disponibles sur le marché. Bien que des utilisateurs potentiels s’intéressent à l’hydrogène en raison de ses avantages par rapport à la propulsion entièrement électrique, l’offre des fournisseurs de bus et de camions reste encore insuffisante. Par ailleurs, il est essentiel de développer les solutions de distribution d’hydrogène, notamment en augmentant la densité du réseau de stations-service. Le prix unitaire de l’hydrogène (CHF/kg H2) sera bien entendu un facteur clé pour encourager les utilisateurs à adopter cette solution.
[1] OFEN (2022): Perspectives énergétiques 2050+.
[2] Le Conseil fédéral (2024): Stratégie hydrogène pour la Suisse.
Encadré 1
Le stockage d’hydrogène dans les hydrures métalliques repose sur l’absorption de l’hydrogène par des matériaux métalliques spécifiques. Voici comment ce processus fonctionne (fig. 3):
En résumé, le stockage d’hydrogène dans les hydrures métalliques offre une solution sûre, efficace et à haute densité pour le stockage de l’hydrogène, avec des avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de stockage sous forme gazeuse ou liquide.
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