Parcours en bref

Jürg Schiffmann est né en Italie. À 13 ans, ses parents rentrent en Suisse. Après le lycée, il hésite entre la médecine et le génie mécanique. Il se décide pour le second et reçoit son diplôme de l’EPFL en 1999. Il travaille ensuite à Ecublens chez Nextrom pendant un an et demi. Peu passionné par son travail, il lance une start-up avec son prof de diplôme, Prof. Daniel Favrat. Ensemble, ils veulent vendre et promouvoir la technologie de paliers à gaz, un élément de guidage mécanique, où la partie tournante lévite sans contact sur un coussin d’air qui est généré par la rotation de l’arbre. Après cinq ans, la société est liquidée car les orientations des trois associés diffèrent. Toujours très en contact avec M. Favrat, Jürg se lance dans une thèse pour le « fun scientifique » dans le domaine des micro-turbo-compresseurs. L’idée : remplacer des gros compresseurs volumétriques installés dans les pompes à chaleur. Pendant sa thèse, il croise un ancien camarade de classe qui travaille chez Fischer AG, actifs dans les broches d’usinage à haute vitesse qui permettent de mettre en rotation un outil de coupe. Il est intégré à une société sœur, « Fischer Engineering Solutions » dont l’objectif est d’étendre les connaissances techniques de la société et de transférer le savoir-faire vers d’autres marchés.  En 2008, une fois sa thèse empochée et primée par le « Swiss Electric Research Award », Jürg imagine sa carrière technique dans cette société. Mais le Massachusetts Institute of Technology le contacte et lui propose un post-doc. Il s’y rend avec le consentement de son chef, en année sabbatique. De retour en Suisse en 2013, il postule pour une place de professeur à l’EPFL. Il s’installe immédiatement à Neuchâtel, d’abord dans les laboratoires du CSEM puis dans le bâtiment de l’EPFL du Pôle d’innovation Microcity. Jürg apprécie particulièrement de pouvoir collaborer avec les sous-traitants microtechniques de la région. Cela lui fait gagner un temps considérable dans ses projets de recherche. Ces dernières sont reconnues sur le plan international ; il mène actuellement des projets avec des entreprises basées en Allemagne, au Canada mais aussi en Suisse. Il est aujourd’hui Professeur assistant tenure track et travaille avec une vingtaine de collaborateurs, dont des ingénieur-e-s HES, des doctorant-e-s et post-doctorant-e-s. Interview.

Pourquoi remplacer le compresseur volumétrique par un turbocompresseur dans les pompes à chaleur ?

Le compresseur volumétrique fonctionne de la manière suivante. Une chambre aspire un gaz en augmentant son volume, se ferme. Puis une diminution du volume induit une augmentation de la pression. Une fois la que le système est à la bonne pression, des clapets s’ouvrent et le gaz est refoulé dans la pompe à chaleur, qui est un circuit fermé avec un fluide frigorigène. Cette technologie pose deux problèmes :

1. Afin de diminuer les frottements et les fuites internes de fluide frigorigène, de l’huile est utilisée. Or, lorsque le gaz est refoulé, une petite quantité d’huile l’est également.  L’huile migre dans cette boucle fermée, se colle sur les surfaces et diminue l’efficacité des échangeurs de chaleur.
2. Afin d’éviter que le compresseur tourne à sec il faut s’assurer que l’huile refoulée soit de nouveau amenée vers le compresseur. Cela induit des pertes de charges sur les conduites de retour et génère ainsi des pertes dans le cycle.

Avec le turbocompresseur, c’est une toute autre technologie qui est utilisée. La technologie est analogue à celle utilisée dans les turbo-diesel des voitures. La pression est augmentée grâce à une roue constituée de canaux et d’aubes. Lorsque la roue tourne, les aubes transfèrent du travail à un fluide, augmentant ainsi la pression.  En combinant cette roue avec des paliers à gaz, il est possible de s’affranchir de l’huile qui s’échappe dans le circuit de la pompe à chaleur lorsqu’un compresseur volumétrique est utilisé. Au final, c’est la performance du système qui est améliorée, de 20 à 30 %.

Quels sont les autres avantages d’utiliser un turbocompresseur miniaturisé dans une pompe à chaleur ?

Actuellement, une pompe à chaleur fait la taille d’une grande machine à laver. Dans cette machine, il y a un compresseur de 50 cm de haut x 30 cm de diamètre pour un poids de 30 kilos. Avec l’utilisation de la technologie du turbocompresseur, la taille du compresseur est alors de celle d’une cannette. De plus, la caractéristique du compresseur permet de s’adapter aux besoins énergétiques de la maison. Lorsqu’il fait plus froid, le compresseur tourne plus vite et inversement, sans s’éteindre, contrairement au compresseur volumétrique. Du coup, la consommation d’énergie liée au redémarrage de la pompe à chaleur est diminuée.

Quelles autres applications avez-vous développées avec cette technologie ?

Nous travaillons sur un projet de récupération de chaleur sur les moteurs à combustion. Dans un camion, les moteurs ont un rendement d’environ 30 %. Le reste de l’énergie du carburant part dans l’atmosphère sous forme de chaleur. Or cette dernière peut être récupérée par une turbine et convertie en énergie pour entrainer le camion, des auxiliaires ou encore alimenter un groupe de froid dans une remorque, grâce à un cycle thermodynamique fermé appelé « organic ranking cycle «  (ORC).  Grâce à ce système, la consommation de diesel des camions est diminuée de 5 à 10 %.

Nous avons également travaillé avec deux entreprises suisses pour remplacer le moteur d’une voiture par une pile à combustible avec un stockage d’hydrogène situé dans le coffre. Dans ce type de pile,  l’air injecté dans la pile doit être hyper propre, sans hydrocarbure ni huile. Et ceci, le turbocompresseur sur palier à gaz le permet. Au total, la voiture bénéficie de 200 km d’autonomie avec l’hydrogène et 200 autres avec la batterie. Elle est encore en phase de test et a déjà parcouru 50'000 km avec succès. Le but ultime de ces deux sociétés est de produire l’hydrogène nécessaire à partir d’énergie solaire. La voiture serait alors alimentée en grande partie par énergie renouvelable.

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