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À l’avenir, des installations photovoltaïques à grande échelle comme celle d’Ibri (Oman) pourraient fournir les quantités d’énergie solaire nécessaires à la production d’hydrogène et d’e-carburants durables. Photo: Ministère de l'énergie et des minéraux, Oman

Climat et énergie Contenu du partenaire: ETH

Fer et méthanol: le stockage d’énergie du futur

La Suisse mise sur les énergies renouvelables, au risque d’une pénurie d’électricité en hiver. Comment sauvegarder le surplus d’énergie de l’été pour les mois les plus froids? Une coalition créée par l’ETH de Zurich et l’EPFL travaille sur des solutions d’avenir.

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Fer et méthanol: le stockage d’énergie du futur

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En Suisse, le tournant énergétique s’apparente à la quadrature du cercle: le pays doit réduire substantiellement ses émissions de CO₂ tout en assurant un approvisionnement fiable en électricité. Certes, en 2022 déjà, près de 80% de l’électricité provenait de sources renouvelables, mais les énergies solaire et éolienne sont fluctuantes, avec des surplus en été et des pénuries en hiver. Sans stockage performant, une part précieuse de l’énergie générée est perdue et la sécurité d’approvisionnement, compromise.

La Coalition for Green Energy and Storage créée par l’ETH de Zurich et l’EPFL s’attaque précisément à ce défi. À l’intersection du scientifique, du politique et de l’économique, elle développe et commercialise des technologies destinées au stockage à long terme des énergies renouvelables. Trois projets illustrent la diversité de ces approches, ainsi que leur potentiel.

Transformer l’hydrogène en électricité

Sur le campus de Hönggerberg de l’ETH, Wendelin Stark se tient entre trois fûts en acier argenté. Ces petits silos sont reliés par des câbles et des tubes enveloppés d’une feuille d’aluminium. «Nous avons conçu le réacteur le moins glamour au monde», déclare ce professeur de l’ETH en riant. L’installation ne paie pas de mine, mais elle a tout pour plaire: elle stocke l’énergie solaire non pas dans des batteries, mais dans du fer.

Pr Stark et son équipe ont mis au point un processus innovant par lequel l’électricité est transformée en hydrogène en été. L’oxyde de fer est chimiquement réduit en fer élémentaire. En hiver, le processus est inversé. La vapeur d’eau réagit avec le fer et produit à nouveau de l’hydrogène, qui est ensuite transformé en électricité ou brûlé. «Lorsqu’il est chargé, l’accumulateur devient tout simplement un fût rempli de fer», explique Pr Stark. Le procédé ne présente aucun risque d’explosion car il ne comporte aucun réservoir à haute pression: uniquement de la poudre métallique qui doit être portée à température.

Ce procédé est sûr, bon marché et évolutif, idéalement adapté aux régions isolées ou aux quartiers autosuffisants. Cependant, il est encore peu efficace. La transformation requiert de nombreuses étapes et seul un tiers de l’énergie utilisée peut être employée sous forme d’électricité. Afin d’optimiser le procédé, Pr Stark et son équipe travaillent actuellement à la construction d’une installation pilote beaucoup plus grande sur le campus de Hönggerberg. Celle-ci devrait être opérationnelle d’ici à 2016 et fournir de l’électricité à un cinquième du campus en hiver.

Photo: ETHZ

Le projet Trüllikon: le CO₂ est injecté dans les couches rocheuses profondes pour son stockage.

Installation pilote à Zoug

Le prochain projet de la Coalition devrait voir le jour à environ 40 kilomètres au sud-ouest, dans le canton de Zoug. Sous réserve de financement suffisant, l’équipe de recherche du Domaine des EPF développe, en collaboration avec des partenaires industriels, une installation pilote pour le méthanol vert, une source d’énergie liquide et neutre pour le climat. «Une grande partie de la transition énergétique consistera à remplacer les combustibles fossiles par de l’électricité», explique Gianfranco Guidati de l’ETH. «Mais cela ne sera pas possible partout, notamment dans l’aviation ou certains domaines de l’industrie. Dans ces domaines, nous aurons toujours besoin de carburants liquides, mais produits sans émissions.» Le méthanol vert, produit à partir d’hydrogène et de CO₂, pourrait être la solution. L’hydrogène est obtenu par électrolyse, elle-même alimentée par l’énergie solaire. Le CO₂ proviendrait d’une station d’épuration située à proximité. Cette source d’énergie liquide est stockable et se transporte facilement, sans libérer de CO₂ fossile pendant la combustion du carburant. De plus, le méthanol peut être transformé en kérosène vert lors d’une étape ultérieure. «Dans notre installation pilote à Zoug, nous voulons montrer que ce processus fonctionne également en cas de fluctuation de l’alimentation électrique, un phénomène récurrent avec l’énergie solaire», explique M. Guidati. En effet, les processus chimiques préfèrent les processus stables. «L’équilibrage des fluctuations représente notre plus grand défi.»

Dans le canton de Zoug, l’équipe de recherche produit certes du méthanol, mais génèrent surtout des connaissances. Elle souhaite désormais optimiser le processus et permettre aux entreprises suisses de se familiariser avec cette technologie. «La production industrielle devra être réalisée ailleurs», explique M. Guidati. En effet, cela nécessiterait des installations solaires d’une taille impossible à réaliser en Suisse. «Mais la technologie et les entreprises qui la fournissent pourraient venir de Suisse.»

Trous profonds, grandes idées

L’utilisation du méthanol vert ouvre de nouvelles possibilités, notamment en matière d’émissions dites négatives. «Le CO₂ ne provient pas de sources fossiles. On pourrait donc le filtrer dans l’air évacué après combustion et le ,stocker durablement sous terre», explique M. Guidati. Cela permettrait de réduire activement la teneur en CO₂ de l’atmosphère. C’est précisément l’objet des recherches de Stefan Wiemer, sismologue à l’ETH. À Trüllikon, dans le Weinland zurichois, il étudie comment le CO₂ peut être stocké durablement dans les couches rocheuses profondes. Le trou de forage existe déjà. Créé à l’origine par la Société coopérative nationale pour le stockage des déchets radioactifs (Nagra) en vue d’explorer d’éventuels site de dépôt définitif, il est utilisé aujourd’hui à des fins de recherche. L’équipe de Stefan Wiemer scrute le sous-sol à l’aide d’ondes sismiques et de capteurs ultrasensibles à la recherche d’une double couche géologique: en bas, une roche poreuse susceptible d’absorber le CO₂; en haut, une couche d’argile dense qui le retient comme un couvercle. Une fois que le lieu de stockage est considéré comme sûr, respectueux de l’environnement et techniquement réalisable, les essais pourront commencer. Les premières molécules de CO₂ pourraient disparaître dans les profondeurs dès 2026, et y rester à jamais.

Photo: ETHZ

Le professeur Wendelin Stark devant les réacteurs à fer du campus de Hönggerberg.

Déclaration: Ce contenu est réalisé par la rédaction de Sustainable Switzerland pour le compte du partenaire ETHZ.

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