Conception, design, fabrication, assemblage, essais, diagnostics, analyse et modélisation de piles à combustible et d'électrolyseurs de Watts à 100 kW, dans les technologies de la céramique à haute température (750°C) et du polymère à température ambiante (20-70°C), pour les combustibles naturels et renouvelables.
Sujets de recherche
1
Comprendre la durabilité à long terme des piles à combustible et des électrolyseurs, en séparant et en quantifiant les différents processus de dégradation des performances dans le temps.
2
Conception, fabrication et construction de composants de piles à combustible/électrolyseurs et d’équipements d’essai dédiés, en particulier pour les mesures in situ.
3
Modélisation multi-physique à plusieurs échelles, des interfaces micrométriques aux systèmes complets, pour soutenir la conception (axe 2) et la compréhension des performances (axe 1).
Nos projets clés
Réversible-CH4
Nous développons une installation pilote complète pour démontrer le stockage saisonnier réel d'électricité renouvelable dans le méthane injecté dans le réseau de gaz, en utilisant un système réversible de pile à combustible/électrolyseur (10/30 kW), avec des émissions négligeables. L'exploitation complète est prévue pour 2027.
L'électrolyse de l'eau à membrane alcaline, qui n'utilise que des matériaux terrestres, est conçue et caractérisée dans notre laboratoire, ce qui promet de nouvelles performances pour la production de H2/O2. Nous avons validé une unité de 1 kWe dans notre laboratoire pendant plus de 1000 heures avec notre banc d'essai maison.
Canton VS - GEM start-up DeltaSpark EU partenaires Gaznat (VD)
HYSPIRE
L'électrolyse à vapeur dans des céramiques conductrices d'ions d'oxygène ou de protons est réalisée à 500-700°C à petite échelle. Parallèlement, un puissant modèle dynamique de cheminée d'électrolyseur à vapeur multi-physique couplé à la CFD 3D a été mis en place.
SolydEra (VD ; IT) Partenaires de l'UE NCEPU (Chine)
Nos résultats et highlights
1
Trois articles connexes ont été publiés sur l’électrolyse de l’eau à membrane alcaline, rapportant certaines analyses électrochimiques pour la première fois (sur une pile) ; un article a fait la couverture du journal.
2
Xinyi Wei (thèse de doctorat mai 2025) a reçu le prix du meilleur chercheur de l’année décerné par le Partenariat européen pour l’hydrogène propre (novembre 2025), parmi 42 candidats de premier plan, une distinction internationale élevée pour un jeune chercheur (<35 ans). Suhas Nuggehalli a reçu une distinction d’excellence pour son doctorat (août 2025) pour son vif esprit d’entreprise en parallèle à la thèse de doctorat.
3
2 nouveaux appels très compétitifs de l’UE ont été remportés (1,6 M€), avec des scores de 14/15 et 15/15. Le GEM reste ainsi le premier laboratoire de l’EPFL pour les subventions de l’UE.
21 membres + 10 étudiants en master + 3 doctorants invités
Le laboratoire GEM est composé de 1/3 de doctorants, 1/3 de scientifiques, 1/3 d’ingénieurs
Membre de l'équipe spécifique
Samaneh Daviran développe de nouveaux revêtements protecteurs contre la corrosion de l’acier, en utilisant des techniques bon marché de dépôt par voie humide, et a obtenu une bourse Ignition compétitive pour poursuivre ce travail.
Hangyu Yu a fait fonctionner un système de pile à combustible au gaz naturel pendant deux ans, en appliquant un contrôle optimisé, et a défendu avec succès sa thèse de doctorat en septembre 2025, en publiant plusieurs articles. Son travail est très fertile pour des propositions de suivi.
Compétences développées par l'équipe scientifique
Mettre la main à la pâte en construisant et en testant des appareils et des équipements de caractérisation spécifiques.
Former le cerveau à l’apprentissage des logiciels, des mathématiques sous-jacentes et du code de programmation. Hangyu Yu a mis à la disposition de la communauté scientifique un outil d’analyse électrochimique.
Autres
Les membres de l’équipe GEM apprennent à se responsabiliser, à travailler en équipe, à lever des fonds, à travailler en réseau, à collaborer avec d’autres entités académiques et industrielles, et à connaître la nécessité des cadres juridiques.
Suhas Nuggehalli et Luc Bondaz ont obtenu un financement de 1,4 MCHF de sources multiples pour leur startup DeltaSpark.
Impacts régionaux et sociaux
1
Le stockage de l’électricité excédentaire dans des combustibles en vue d’une réutilisation ultérieure contribue à nous rendre moins dépendants des importations d’électricité en hiver, qui deviendront encore plus cruciales si l’énergie nucléaire est progressivement supprimée. Aujourd’hui déjà, nous exportons deux fois plus d’électricité en été que nous n’en importons en hiver.
2
Notre installation pilote de stockage saisonnier, du CH4 à l’électricité (hiver) et de l’électricité au CH4 (été), sera une première démonstration matérielle sans simulation d’aucun composant.
3
Notre laboratoire forme des ingénieurs pour les technologies de demain qui définissent et façonnent la transition énergétique. Une énergie disponible et abordable (propre et efficace) est l’épine dorsale d’une industrie productive et d’une société stable et solidaire.
4
Chaque année, nous intégrons 15 à 20 nouveaux étudiants en master dans nos activités par le biais d’un travail de projet direct.
Perspectives et défis
Principales opportunités
Les SOFC au gaz naturel (rendement électrique > 60 %, pas de pollution) sont très demandées, en raison de l’augmentation exponentielle de l’intelligence artificielle et de sa demande en énergie (1 centre de données = 28 MWe)
Démonstration de la faisabilité d’un stockage saisonnier complet avec le réseau réversible power-to-gas-to-power et le réseau de gaz
installation de 10/30 kW à Energypolis et installation de 50/150 kW à Aigle avec Gaznat et SolydEra
Produire des carburants liquides propres à partir d’électricité et de sources de carbone
Développement d’une électrolyse de l’eau à membrane alcaline à empreinte compacte
Principaux défis
Réduction des financements et concurrence féroce en la matière
Le manque d’espace pour les infrastructures d’essai et de fabrication
L’isolement néfaste de l’Europe dans ses choix de transition énergétique.
Partenariats futurs
Renforcer le partenariat Gaznat-SolydEra ; SolydEra est à la pointe de la technologie SOFC
Partenariats avec d’autres entreprises spécialisées dans les piles à combustible et les électrolyseurs
Alignement avec l’industrie gazière pour le CH4 en tant que vecteur
Ingénierie des procédés industriels et des systèmes énergétiques (IPESE)
Prof. François Maréchal
Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE)
L'IPESE développe l'optimisation basée sur les jumeaux numériques pour générer une transition nette zéro, en intégrant les mesures du cycle de vie. Les travaux portent sur les procédés biosourcés efficaces, la capture du CO₂, les SOFC à haut rendement, la gazéification des déchets et les pôles urbains renouvelables reliant l'industrie, l'énergie et les quartiers intelligents.
Sujets de recherche
1
Intégration des énergies renouvelables dans les systèmes urbains, en tenant compte des communautés locales, de l’énergie photovoltaïque, de l’exploitation intelligente, de l’efficacité et des technologies avancées de conversion énergétique telles que les pompes à chaleur et le chauffage urbain.
2
Décarbonisation de la production industrielle par une production efficace, la récupération de la chaleur, le captage du CO2, l’intégration des énergies renouvelables et de la gestion des déchets et la symbiose industrielle.
3
Modélisation de la transition énergétique : comment le système énergétique s’adapte-t-il à l’innovation et aux actions de décarbonisation.
Nos projets clés
PinchSmall
Une aide à la décision assistée par ordinateur pour l'évaluation rapide des options de décarbonisation des processus industriels.
EPFL HES-SO Office fédéral de l'énergie
Laboratoire Net Zero
Stratégies de décarbonisation pour la production d'aluminium intégrée à la ville.
IPESE HES-SO Oiken Novelis
Les jumeaux de l'énergie urbaine
Urban Twin et Sweet Swice & Sweet COSI, vers un modèle holistique d'intégration des énergies renouvelables dans les villes : des comportements à l'adaptation du système énergétique.
Sweet consortium avec les entreprises de services publics
Nos résultats et highlights
1
Suisse indépendante et neutre : quels sont les coûts et les conséquences attendus ?
2
Plusieurs prix pour les meilleurs articles et affiches dans des conférences internationales
3
Notre laboratoire a contribué au rapport de la feuille de route sur la décarbonisation de l’industrie pour la Commission européenne : AIDRES, « Advancing industrial decarbonization by assessing the future use of renewable energies in industrial processes » (Faire progresser la décarbonisation industrielle en évaluant l’utilisation future des énergies renouvelables dans les processus industriels ) : https://data.europa.eu/doi/10.2833/696697
4
François Marechal a contribué à la création de six entreprises en démarrage : Bluewatt Engineering, qui fait maintenant partie de PSE Siemens : traitement efficace des eaux usées, Trea-tech : gazéification hydrothermale pour le traitement de l’eau et la conversion de la biomasse, Exergo.ch : conception de systèmes multi-énergétiques par des systèmes de chauffage et de refroidissement urbains basés sur le CO2, Urbio : aide à la décision dans la planification de systèmes énergétiques urbains. Qaptis : capture du CO2 dans les systèmes de transport. Emissium : Suivi et certification du CO2.
5
Démonstrateur de réseau CO2 sur le campus de l’EPFL Valais Wallis.
Ingénierie des procédés et des systèmes énergétiques assistée par ordinateur, recherche opérationnelle, apprentissage automatique et programmation, analyse du pincement et méthodes d’intégration des procédés
Impacts régionaux et sociaux
1
Montrer et quantifier les voies de décarbonisation pour la décarbonisation et la transition énergétique en intégrant les innovations technologiques. Dans le cadre de l’Agence internationale de l’énergie, coordination d’une tâche visant à développer une stratégie de jumeaux numériques pour la décarbonisation des processus industriels : https://iea-industry.org/tasks/process-integration-for-industry-decarbonization/
2
L’impact de la durabilité (économique, environnementale et sociétale) de Net Zero Valais : quel est le sens de trop expansif ?
3
Quel est l’impact de l’intégration de l’innovation sur la décarbonisation du système énergétique ?
4
Démontrer le rôle des communautés énergétiques locales dans la transition énergétique : donner le pouvoir aux citoyens en mettant en œuvre des solutions décentralisées
Perspectives et défis
Principales opportunités ?
Décarbonisation de l’industrie dans un monde en transitionn Adaptation de l’infrastructure pour intégrer des productions décentralisées, symbiose industrielle à l’échelle régionale.
Principaux défis
Intégrer l’innovation pour la transition énergétique
Partenariats futurs
Notre laboratoire a une longue tradition de collaboration avec l’industrie. Nous soutenons la collaboration pour le transfert de connaissances et de technologies.
Déclaration de consentement aux cookies
En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l'utilisation de cookies pour améliorer votre expérience utilisateur et réaliser des statistiques de visites.
Vous pouvez personnaliser l'utilisation des cookies à l'aide du bouton ci-dessous.
