Efforts déployés pour transmettre l'énergie solaire de l'espace à la Terre

Des chercheurs mènent des expériences pour produire de l'énergie solaire dans l'espace et la transmettre sans fil vers la Terre.

Simulation du satellite solaire CASSIOPeiA, de conception britannique. Photo : Space Solar — Simulation du satellite solaire CASSIOPeiA, de conception britannique. Photo : *Space Solar*

Ali Hajimiri, professeur de génie électrique au California Institute of Technology (Caltech), travaille depuis dix ans à l'envoi de cellules solaires dans l'espace et au renvoi de l'énergie produite vers la Terre, selon CNN . Cette année, Hajimiri et ses collègues ont franchi une nouvelle étape vers la concrétisation de la production d'énergie solaire dans l'espace. En janvier 2023, ils ont lancé Maple, un prototype de 30 centimètres de long équipé d'un émetteur flexible et ultraléger. Leur objectif : capter l'énergie solaire et la transmettre sans fil dans l'espace. La quantité d'électricité collectée par l'équipe est suffisante pour alimenter deux ampoules LED.

L’objectif principal des chercheurs était de déterminer si Maple pouvait renvoyer de l’énergie vers la Terre. En mai 2023, l’équipe a décidé de mener une expérience pour le vérifier. Sur un toit du campus de Caltech à Pasadena, en Californie, Hajimiri et plusieurs autres scientifiques ont réussi à capter le signal de Maple. L’énergie détectée était trop faible pour être exploitée, mais ils ont néanmoins réussi à transmettre de l’électricité sans fil depuis l’espace.

Produire de l'énergie solaire dans l'espace n'est pas une idée très compliquée. L'humanité peut exploiter l'immense énergie du Soleil. C'est une source d'électricité constamment disponible, indépendante des conditions météorologiques, de la couverture nuageuse, de l'heure ou de la saison. Il existe de nombreuses solutions pour y parvenir, mais le principe est le suivant : des satellites à énergie solaire d'un diamètre supérieur à 1,6 km sont lancés sur des orbites de haute altitude. Du fait de leur taille imposante, ils sont composés de centaines de milliers de modules plus petits, produits en série, semblables à des briques Lego, et assemblés dans l'espace par des robots autonomes.

Les panneaux solaires du satellite capteront l'énergie solaire, la convertiront en micro-ondes et la transmettront sans fil vers la Terre grâce à un émetteur de signal de très grande puissance, capable de diriger le signal avec une grande précision vers un point précis au sol. Les micro-ondes peuvent facilement traverser les nuages et les intempéries pour atteindre l'antenne de réception sur Terre. Elles seront ensuite reconverties en électricité et injectées dans le réseau électrique.

Les antennes de réception, d'un diamètre d'environ 6 kilomètres, peuvent être installées à terre ou en mer. Grâce à la quasi-transparence de la structure du réseau, le terrain sous-jacent peut être utilisé pour l'installation de panneaux solaires, l'agriculture ou d'autres activités. Un seul satellite de captation d'énergie solaire peut fournir 2 gigawatts d'électricité, soit l'équivalent de la production de deux centrales nucléaires de taille moyenne aux États-Unis.

Le principal obstacle au développement de cette technologie résidait dans le coût élevé de la mise en orbite des centrales électriques. Au cours de la dernière décennie, la situation a commencé à évoluer grâce aux entreprises comme SpaceX et Blue Origin, qui ont entrepris la mise au point de fusées réutilisables. Les coûts de lancement s'élèvent désormais à environ 1 500 dollars par kilogramme, soit près de 30 fois moins qu'à l'époque des navettes spatiales au début des années 1980.

Les partisans de cette idée affirment que l'énergie solaire spatiale pourrait fournir de l'énergie aux pays développés qui ont d'énormes besoins énergétiques mais manquent d'infrastructures. Elle pourrait également alimenter les nombreuses villes et villages isolés de l'Arctique, plongés dans l'obscurité totale pendant des mois chaque année, et aider les communautés privées d'électricité suite à des catastrophes naturelles ou des conflits.

Bien que le chemin soit encore long entre la conception et la commercialisation, les gouvernements et les entreprises du monde entier sont convaincus que l'énergie solaire spatiale peut répondre à la demande croissante d'électricité propre et contribuer à la lutte contre le changement climatique. Aux États-Unis, le Laboratoire de recherche de l'armée de l'air prévoit de lancer un petit véhicule expérimental baptisé Arachne en 2025. Le Laboratoire de recherche navale américain a lancé un module en mai 2020 à bord d'un véhicule d'essai orbital afin de tester des systèmes de production d'énergie solaire en conditions spatiales. L'Académie chinoise des technologies spatiales ambitionne de lancer un satellite équipé de batteries solaires en orbite basse en 2028 et en orbite haute en 2030.

Le gouvernement britannique a mené une étude indépendante et conclu que la production d'énergie solaire dans l'espace est techniquement réalisable, notamment grâce à des projets comme CASSIOPeiA, un satellite de 1,7 km capable de fournir 2 gigawatts. L'Union européenne développe également le programme Solaris afin d'évaluer la faisabilité technique de l'énergie solaire dans l'espace.

En Californie, Hajimiri et son équipe ont passé les six derniers mois à tester la résistance de prototypes afin de recueillir des données pour les conceptions de nouvelle génération. L’objectif ultime d’Hajimiri est de créer une série de voiles flexibles et légères, transportables, déployables et utilisables dans l’espace, grâce à des milliards de composants fonctionnant en parfaite synchronisation pour fournir de l’énergie là où elle est nécessaire.

An Khang (selon CNN )

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