Technologie permettant de transmettre l'énergie solaire de l'espace vers la Terre

Malgré de nombreux défis, la technologie permettant de produire de l’énergie solaire dans l’espace et de la transmettre vers la Terre via des faisceaux de micro-ondes pourrait aider les humains à échapper à la dépendance aux combustibles fossiles.

Simulation du système spatial de production d'énergie solaire SPS-ALPHA. Photo : NASA — Simulation du système spatial de production d'énergie solaire SPS-ALPHA. Photo : *NASA*

L'idée de l'énergie solaire spatiale (ESS), qui utilise des satellites pour capter l'énergie solaire et la renvoyer vers des points de réception sur Terre, existe depuis au moins la fin des années 1960, selon Science Alert . Malgré son énorme potentiel, l'idée n'a pas encore rencontré un grand succès en raison de son coût et de ses obstacles technologiques. Si ce problème est résolu, l'ESS pourrait jouer un rôle important dans la transition mondiale des combustibles fossiles vers les énergies vertes.

L'humanité exploite depuis longtemps l'énergie solaire grâce à diverses technologies telles que le photovoltaïque (PV) et le solaire thermique (STE). L'énergie solaire est également captée indirectement, comme l'énergie éolienne, générée par le réchauffement inégal de l'atmosphère par le Soleil. Mais ces formes de production d'énergie verte ont leurs limites. Elles occupent de vastes superficies et sont limitées par la disponibilité du soleil et du vent. Par exemple, les parcs solaires ne peuvent pas capter d'énergie la nuit et en captent moins en hiver ou par temps nuageux.

Le photovoltaïque en orbite n'est pas limité par la nuit. Un satellite en orbite géostationnaire (GEO), une orbite circulaire à 36 000 km au-dessus de la Terre, est exposé au Soleil plus de 99 % de l'année. Cela lui permet de produire de l'énergie verte 24 h/24 et 7 j/7. L'orbite géostationnaire est idéale pour transmettre l'énergie d'un engin spatial à un récepteur, ou station terrestre, car le satellite reste immobile par rapport à la Terre. Les chercheurs affirment que l'énergie solaire disponible en orbite géostationnaire est 100 fois supérieure à la demande mondiale d'électricité estimée de l'humanité en 2050.

Envoyer l'énergie collectée dans l'espace vers la Terre nécessite une transmission sans fil. L'utilisation de micro-ondes pour transmettre l'énergie minimise les pertes atmosphériques, même par ciel nuageux. Le faisceau micro-ondes émis par le satellite est focalisé sur une station terrestre, où une antenne convertit les ondes électromagnétiques en électricité. Cette station terrestre devrait avoir un diamètre de 5 km ou plus aux hautes latitudes. Cependant, cela représente une surface terrestre inférieure à celle nécessaire pour produire la même quantité d'électricité avec l'énergie solaire ou éolienne.

Les chercheurs ont proposé de nombreux modèles de SBSP depuis que Peter Glaser a proposé l'idée en 1968. Dans un SBSP, l'énergie est convertie plusieurs fois (lumière – électricité – micro-ondes – électricité) et une partie est perdue sous forme de chaleur. Pour alimenter le réseau électrique avec 2 gigawatts (GW), le satellite devrait en capter environ 10 GW.

Un modèle récent, baptisé CASSIOPeiA, comprend deux réflecteurs accordables de 2 km de large. Ils réfléchissent la lumière solaire sur une série de cellules solaires. Un système générateur de 1 700 m de diamètre peut ensuite être dirigé vers une station terrestre. Le satellite est estimé à 2 000 tonnes.

L'autre conception, appelée SPS-ALPHA, diffère de CASSIOPeiA par le fait que le capteur solaire est une grande structure composée de nombreux petits réflecteurs modulaires appelés héliostats, chacun pouvant se déplacer indépendamment. Ils sont produits en série pour réduire les coûts.

En 2023, des scientifiques du California Institute of Technology ont lancé MAPLE, une expérience satellite à petite échelle qui transmet de petites quantités d'électricité à l'institut. MAPLE a démontré que cette technologie pouvait être utilisée pour retransmettre de l'électricité vers la Terre.

L'Agence spatiale européenne évalue actuellement la faisabilité du SBSP avec son initiative SOLARIS, avec pour objectif de développer pleinement la technologie d'ici 2025. D'autres pays ont également récemment annoncé leur intention d'envoyer de l'électricité sur Terre d'ici 2025 et de passer à des systèmes plus grands d'ici deux décennies.

Les principaux inconvénients du SBSP sont la masse nécessaire au lancement dans l'espace et le coût au kilogramme. Des entreprises comme SpaceX et Blue Origin développent des lanceurs lourds qui privilégient la réutilisation de nombreux composants après le vol. Cela pourrait réduire les coûts de lancement de 90 %. Même avec le vaisseau Starship de SpaceX, capable de lancer 150 tonnes de fret en orbite basse, les satellites SBSP nécessiteraient encore des centaines de lancements. Certains composants sont conçus pour être évolutifs et peuvent être imprimés en 3D dans l'espace.

La mission SBSP sera complexe et nécessitera une évaluation complète des risques. Si l'électricité produite sera entièrement verte, l'impact polluant de centaines de lancements est difficile à prévoir. De plus, le contrôle d'une structure aussi imposante dans l'espace nécessitera d'importantes quantités de carburant, obligeant les ingénieurs à travailler avec des produits chimiques toxiques. Les cellules solaires seront sujettes à la dégradation, leur efficacité diminuant au fil du temps de 1 à 10 % par an. Cependant, la maintenance et le ravitaillement peuvent prolonger la durée de vie du satellite. Un faisceau micro-ondes suffisamment puissant pour atteindre le sol peut endommager tout ce qui se trouve sur son passage. Pour des raisons de sécurité, la densité énergétique du faisceau micro-ondes doit être limitée.

An Khang (selon Science Alert )

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