Turbine à hydrogène sans compresseur bat le record de la NASA

En matière de production d’énergie, nous avons aujourd’hui une vision du futur avec des panneaux solaires au sol, voire même en orbite, qui transforment la lumière du soleil en électricité, avec éventuellement un parc de batteries pour stocker l’énergie le soir.

Mais en pratique, l’électricité est encore majoritairement produite par d’énormes turbines tournantes, alimentées par la combustion de combustibles fossiles (gaz, charbon) ou par la vapeur générée par la chaleur des réactions nucléaires, ou encore par le débit d’eau dans les centrales hydroélectriques. Bien que cela puisse devenir obsolète un jour, ce type d’installation reste le cœur de nos systèmes énergétiques.

Une raison est que, en plus d’être une technologie bien comprise, ces turbines ont l’avantage de stabiliser la fréquence du réseau électrique. En effet, les turbines rotatives produisent naturellement du courant alternatif, utilisé pour la transmission à longue distance, et la masse même de la turbine fournit de l’inertie à la fréquence du réseau. En revanche, les panneaux solaires ne produisent que du courant continu, sans capacité à stabiliser le réseau électrique.

Cela devient un sujet de plus en plus important, comme l’illustre la stabilité décroissante de la fréquence du réseau électrique, alors que les anciens grands générateurs rotatifs sont remplacés par des panneaux solaires, un problème qui était au cœur du crash massif de 2025 du réseau électrique ibérique (Espagne + Portugal).

Cependant, le nucléaire reste controversé et lent à déployer, tandis que les sites pour les centrales hydroélectriques sont en grande partie épuisés dans de nombreux pays. Ainsi, si nous voulons disposer de turbines fiables, activables à tout moment et qui aident également le réseau électrique, il semblait que nous serions obligés d’utiliser encore le gaz naturel pendant plusieurs décennies.

Cela pourrait ne plus être vrai très longtemps, car des chercheurs du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en Allemagne ont établi un temps de fonctionnement record avec une nouvelle turbine sans compresseur alimentée par de l’hydrogène. Comme l’hydrogène vert peut être produit à partir d’énergies renouvelables, cela ouvrirait la voie à un réseau électrique alimenté par de l’hydrogène vert, notamment pendant les périodes où le soleil ne brille pas et où le vent ne souffle pas suffisamment pour alimenter le réseau.

Ils ont présenté leurs résultats au Hannover Messe 2026.

Comment utiliser l’hydrogène

Lorsqu’il s’agit de faire de l’hydrogène une partie centrale de nos systèmes énergétiques, les chercheurs doivent résoudre deux types de problèmes différents.

La première consiste à produire de l’hydrogène vert suffisamment bon marché pour être compétitif avec les combustibles fossiles et les autres alternatives renouvelables + batteries. C’est un domaine qui progresse rapidement, parmi les différentes options pouvant être d’utiliser des catalyseurs moins chers comme le carbure de silicium, le cobalt, le nickel, ou un alliage de ruthénium, silicium et tungstène, voire coproduire de l’hydrogène vert et de l’eau potable.

Une autre question est de savoir comment reconvertir l’hydrogène produit en énergie. Une façon est d’utiliser des piles à combustible, qui transforment l’hydrogène en électricité directement via une réaction électrochimique, comme celles produites par Plug Power (PLUG ). C’est une idée prometteuse, mais elle nécessite souvent des catalyseurs coûteux et une conception de cellule complexe.

Une autre option, et en quelque sorte plus simple, consiste simplement à brûler l’hydrogène comme nous brûlons le gaz naturel. Cela peut être fait pour les véhicules dans un moteur à combustion interne très similaire à un moteur à gaz, un sujet que vous pouvez explorer davantage dans notre article « 5 moteurs à combustion d’hydrogène prêts à rompre les codes ».

Aujourd’hui, pour des combustions beaucoup plus importantes et une production d’électricité à grande échelle, les turbines à hydrogène deviennent également une technologie beaucoup plus mature et constituent une troisième option pour exploiter l’hydrogène.

La prochaine génération de turbines

L’inefficacité des turbines traditionnelles

La technologie utilisée par les chercheurs dans cette étude pourrait être particulièrement utile pour les turbines à hydrogène, mais n’est pas non plus limitée à ce carburant spécifique.

Le concept clé est que les turbines à gaz traditionnelles nécessitent environ la moitié de leur production pour la compression de l’air afin de fonctionner. Cela signifie qu’elles n’atteignent qu’une efficacité thermique de 35 % à 40 %, et de 55 % à 64 % si la chaleur d’échappement est utilisée pour alimenter une turbine à vapeur secondaire.

“Une turbine à gaz conventionnelle, comme celles utilisées dans les centrales électriques ou sous les ailes d’avion, consomme environ 50 % de sa puissance pour comprimer l’air à la haute pression nécessaire à une combustion efficace — puissance qui n’est alors plus disponible pour la génération d’électricité,”

Professeur Daniel Banuti, Directeur de l’Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES)

La raison pour laquelle la compression est requise est qu’elle sert à créer la haute pression nécessaire pour déclencher l’allumage du carburant.

Détonations pour remplacer la compression

Dans cette conception, les chercheurs ont remplacé la compression par des ondes de détonation à l’intérieur de la chambre de combustion.

Ces ondes proviennent d’une instabilité fluidomécanique créant des motifs d’ondes et de tourbillons dans le flux de gaz. Ce faisant, elles contournent entièrement le besoin de compresseurs mécaniques gourmands en énergie. Cela économise de l’énergie, réduit le nombre de pièces mobiles et augmente l’efficacité.

Un autre avantage est que cette méthode réduit le nombre de pièces mobiles, ce qui contribue toujours à une conception et à des processus de maintenance plus simples.

Cette conception peut être utilisée avec des carburants autres que l’hydrogène, mais l’hydrogène est particulièrement adapté aux turbines à détonation : il réagit très rapidement et peut produire des augmentations de pression stables.

Complexité des turbines à détonation

La difficulté des turbines à détonation réside dans leur nom : au lieu d’un processus de combustion normal, le gaz injecté dans la turbine explose littéralement. Ainsi, maintenir la turbine en fonctionnement sans l’endommager peut être difficile.

Dans cette expérience, les chercheurs ont réussi à la faire fonctionner sans causer de dommages pendant un record de 303 secondes. Bien que cela puisse sembler court, 5 minutes complètes d’opération sont bien plus longues que les tests précédents qui ne duraient que des fractions de seconde. C’est également plus long que le précédent record de la NASA de 250 secondes, qui n’utilisait pas non plus d’hydrogène.

Un autre défi consiste à transformer la combustion/détonation en électricité, car les réactions rapides et puissantes à l’intérieur de la chambre rendent difficile le transfert d’énergie vers la turbine de manière stable. Et sans transfert stable, il est impossible d’obtenir la rotation stable requise pour la production d’électricité.

“Cela est extrêmement difficile parce que les processus de combustion très rapides et intenses dans la chambre rendent le transfert d’énergie stable vers la turbine difficile. Nous sommes les premiers à faire fonctionner avec succès une telle turbine et à générer de l’électricité dans le processus.”

Professeur Daniel Banuti, Directeur de l’Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Applications potentielles

L’élément clé de ce prototype est qu’il a démontré simultanément trois concepts expérimentaux :

• Faire fonctionner une turbine à détonation avec succès pendant plusieurs minutes.
• L’alimenter avec de l’hydrogène, démontrant que le profil chimique unique de l’hydrogène est particulièrement adapté à cette conception.
• Coupler les détonations à la production d’électricité, démontrant l’application pratique du prototype.

En utilisant l’hydrogène, cette conception de turbine à détonation se place dans une catégorie à part, au lieu d’être comparée aux turbines à gaz matures et économiquement éprouvées. Cela transforme les faiblesses potentielles des turbines à détonation, notamment le besoin de haute pression et la réactivité extrême du carburant utilisé, en un atout.

En même temps, cela positionne cette technologie comme un concept pérenne, car ce n’est pas un type de turbine qui deviendra obsolète à mesure que les combustibles fossiles seront éliminés.

À long terme, cela pourrait avoir des applications au-delà de la production d’électricité. En particulier, l’aviation pourrait utiliser des turbines similaires, car d’autres turbines à détonation alimentées par des combustibles fossiles sont déjà testées, notamment les Ram-Rotor Detonation Engines (RRDE), qui pourraient devenir la troisième génération de propulsion aéronautique, après les moteurs turbojet et ramjet.

Investir dans les turbines de puissance

GE Vernova

En ce qui concerne les turbines utilisées pour la production d’énergie, une entreprise est présente depuis les premières déploiements de cette technologie et reste aujourd’hui un leader mondial : General Electric.

Après le démantèlement du géant industriel en trois sociétés distinctes, la partie de l’entreprise qui a hérité de la technologie des turbines et de la production d’énergie s’appelle désormais GE Vernova.

Aujourd’hui, l’entreprise reste experte dans tout ce qui tourne, avec 55 000 turbines éoliennes GE et 7 000 turbines à gaz GE en fonctionnement. Avec de nombreuses centrales hydroélectriques et nucléaires également équipées de turbines GE, elles génèrent environ 25 % de l’électricité totale mondiale.

Source: GE Vernova

Cela fait de GE une référence pour les turbines de puissance, pas seulement avec le gaz, mais réellement avec n’importe quel carburant ou source d’énergie pour les faire tourner, y compris le gaz, la vapeur et l’eau.

Cela s’explique par le fait que l’expertise de GE ne réside pas seulement dans la gestion du carburant ou de la combustion, mais aussi dans la science des matériaux pour rendre la turbine aussi résistante et efficace que possible, tout en étant moins chère et légère, grâce à des brevets uniques et à des modèles virtuels formant un rempart concurrentiel durable.

En conséquence, les turbines GE Vernova sont le choix principal pour la plupart des plus grandes compagnies d’utilité du monde.

Source: GE Vernova

Ainsi, le passage à l’hydrogène est à prévoir, et l’entreprise se développe déjà dans des segments tels que les compresseurs d’hydrogène et ses propres conceptions de turbines à hydrogène avec déjà 10 millions d’heures de fonctionnement enregistrées, démontrant sa compétence à gérer ce gaz souvent dangereux et difficile à exploiter.

“« Comme les turbines à gaz sont intrinsèquement flexibles en carburant, elles peuvent être configurées pour fonctionner avec de l’hydrogène vert ou des carburants similaires en tant que nouvelle unité, ou être mises à niveau même après une longue utilisation avec des carburants traditionnels. L’expérience étendue de GE Vernova permet à nos ingénieurs de comprendre l’impact de l’utilisation de l’hydrogène comme carburant de turbine à gaz. »

Les investisseurs dans GE devraient se concentrer à court terme sur les turbines éoliennes et à gaz existantes, ainsi que sur les turbines hydroélectriques et nucléaires, qui constituent la majeure partie des activités de l’entreprise au cours des dix prochaines années.

Mais la possibilité de mettre à niveau à long terme les installations existantes vers l’hydrogène rend l’activité intrinsèquement résiliente, aux côtés d’autres technologies où GE Vernova investit également beaucoup en R&D, comme la capture du carbone, les SMR, le courant continu haute tension (HVDC), le stockage d’énergie, les fours électriques, les pompes à chaleur industrielles, etc.

Dernières nouvelles et développements des actions GE Vernova (GEV)