Transmettre l'énergie de l'espace vers la Terre, un pas en avant pour l'humanité

Mesurer les civilisations dans l'univers

En cosmologie , l’échelle de Kardashev est une méthode de mesure du niveau de développement d’une civilisation. Bien que théorique, l’échelle de Kardashev décrit une direction de la civilisation liée à l’utilisation de l’énergie.

En conséquence, la civilisation cosmique de base est divisée en 3 niveaux. Une civilisation de niveau I est capable d’exploiter et d’utiliser les ressources énergétiques d’une planète. Une civilisation de niveau II est capable d’exploiter et d’utiliser les ressources énergétiques d’une étoile (comme notre Soleil) ou d’autres objets du système solaire.

Transmettre l'énergie de l'espace vers la Terre, la nouvelle étape de la civilisation humaine, image 1 — Simule la stature de trois types de civilisations telles que déterminées par l'échelle de Kardashev. Photo : Wiki

Une civilisation de niveau III est beaucoup plus avancée, où une civilisation est capable d'exploiter et d'utiliser l'énergie d'une galaxie entière, comme dans les films de science-fiction sur les guerres intergalactiques ou les guerres intergalactiques.

Ainsi, si on la compare aux 3 niveaux mentionnés ci-dessus, la civilisation humaine se situe au niveau I, lorsqu'elle a seulement exploité l'énergie disponible dans ou sur la surface de la Terre. Mais les nouvelles avancées dans la science spatiale et la cosmologie montrent que nous commençons à nous diriger vers une civilisation spatiale de niveau II, lorsque nous prévoyons d’exploiter l’énergie ou d’autres ressources provenant d’objets spatiaux.

Et cette année, l'équipe du professeur de génie électrique Ali Hajimir à l'Institut de technologie de Californie (Caltech, en Californie, États-Unis) a fait un pas de plus vers un projet visant à produire de l'énergie solaire dans l'espace et à la transmettre à la Terre, un petit pas qui, s'il réussit, montrerait que l'humanité pourrait entrer dans une civilisation spatiale de niveau II.

Transmettre l'énergie de l'espace vers la Terre, une nouvelle étape de la civilisation humaine, image 2 — Simulation du satellite d'énergie solaire CASSIOPeiA de conception britannique. L’énergie solaire collectée dans l’espace sera dirigée vers un endroit sélectionné sur la surface de la Terre. Photo : Space Solar

Comment obtenir de l’énergie à partir de l’espace ?

Le professeur de génie électrique Hajimir a passé une décennie à rechercher des moyens de lancer des cellules solaires dans l'espace et de renvoyer de l'énergie vers la Terre. En janvier de cette année, son équipe a lancé Maple, un prototype solaire spatial de 30 centimètres de long équipé d'un émetteur ultra-léger et flexible. Le but de cet émetteur est de collecter l’énergie du Soleil et de la transmettre sans fil dans l’espace. En conséquence, la quantité d’électricité collectée par l’équipe était suffisante pour allumer une paire de lumières LED.

Cependant, l’objectif à long terme des chercheurs est de voir si Maple peut transmettre cette énergie jusqu’à la Terre. En mai, l’équipe a décidé de mener une expérience pour voir ce qui se passerait. Sur le toit du campus de Caltech à Pasadena, en Californie, Hajimiri et d'autres scientifiques ont capté le signal de Maple. Bien que la quantité d’énergie détectée était trop faible pour être utile, ils ont néanmoins réussi à transmettre de l’énergie sans fil depuis l’espace.

En fait, l’idée de générer de l’énergie solaire dans l’espace existe depuis 1941, lorsque l’écrivain de science-fiction Isaac Asimov l’a décrite dans une nouvelle. Au cours des décennies qui ont suivi, des pays comme les États-Unis, la Chine et le Japon ont exploré l’idée, mais ont largement abandonné après des années.

Fondamentalement, la production d’énergie solaire dans l’espace signifie que les humains sur Terre peuvent exploiter l’énorme énergie du Soleil dans l’espace, où la lumière est constamment disponible, sans être affectée par des conditions météorologiques défavorables telles que la couverture nuageuse, l’heure de la nuit ou les saisons.

Il existe différentes idées pour y parvenir, mais le principe est le suivant : des satellites alimentés par l’énergie solaire et d’un diamètre supérieur à 1,6 km seraient lancés en orbite à haute altitude. En raison de leur taille massive, les satellites seront constitués de centaines de milliers de modules plus petits. Les robots autonomes se chargeront ensuite de l'assemblage des satellites dans l'espace comme s'ils « posaient des briques Lego », explique Martin Soltau, PDG de la société britannique Space Solar.

Les panneaux solaires du satellite collecteront l'énergie solaire, la convertiront en micro-ondes et la transmettront sans fil à la Terre via un très grand émetteur capable d'atteindre des points spécifiques du sol avec précision. Selon M. Soltau, les micro-ondes peuvent facilement traverser les nuages et le mauvais temps, atteignant une antenne de réception en maille sur Terre. Ici, les micro-ondes seront converties en électricité et injectées dans le réseau.

Transmettre l'énergie de l'espace vers la Terre, la nouvelle étape de la civilisation humaine, image 3 — Les micro-ondes peuvent facilement traverser les nuages et les intempéries, atteignant l’antenne de réception sur Terre. Les micro-ondes sont ensuite reconverties en électricité et injectées dans le réseau. Photo : ESA

D'un diamètre d'environ 6 km, l'antenne de réception peut être construite sur terre ou en mer. Étant donné que ces structures en grille sont presque transparentes, le terrain situé en dessous peut être utilisé pour des panneaux solaires, des fermes ou d’autres activités.

Un potentiel énorme et des défis énormes

Selon les estimations des scientifiques, un satellite de collecte d'énergie solaire dans l'espace pourrait fournir jusqu'à 2 gigawatts d'électricité, soit presque l'équivalent de la capacité de deux centrales nucléaires moyennes aux États-Unis.

Cependant, cette technologie se heurte à un obstacle majeur : le coût d’installation des centrales électriques en orbite est très élevé. Underwood, un professeur britannique, a déclaré à CNN que la technologie de l'énergie spatiale n'était « pas de la science-fiction », mais que le plus gros obstacle était le coût énorme de la mise en orbite d'une centrale électrique.

Cependant, au cours de la dernière décennie, cela a commencé à changer lorsque des sociétés aérospatiales comme SpaceX et Blue Origin ont commencé à développer des fusées réutilisables. Les coûts de lancement sont aujourd’hui d’environ 1 500 dollars par kg, soit environ 30 fois moins que pendant l’ère de la navette spatiale au début des années 1980.

Si l’expérience est concluante, l’idée de générer de l’énergie solaire dans l’espace pourrait fournir une source d’énergie abondante aux pays développés ayant d’importants besoins en électricité mais manquant d’infrastructures. En outre, cette source d’énergie pourrait également alimenter de nombreuses villes et villages isolés de l’Arctique, plongés dans l’obscurité totale pendant des mois chaque année, ainsi que soutenir les communautés qui perdent l’électricité en raison de catastrophes naturelles ou de conflits.

Bien qu’il existe encore un écart important entre le concept et la commercialisation, de nombreux pays et entreprises à travers le monde estiment que l’énergie solaire spatiale peut répondre à la demande croissante d’électricité propre, tout en contribuant à faire face à l’aggravation actuelle de la crise climatique.

Transmettre l'énergie de l'espace vers la Terre, une nouvelle étape de la civilisation humaine, image 4 — Simulation d'un satellite d'énergie solaire dans l'espace. Photo : ESA

En mai 2020, le laboratoire de recherche navale américain a également lancé un module sur un véhicule d'essai orbital pour tester le matériel de production d'énergie solaire dans des conditions spatiales. En outre, le laboratoire de recherche de l'US Air Force prévoit également de lancer un petit véhicule expérimental appelé Arachne en 2025. L'Académie chinoise des technologies spatiales vise également à lancer un satellite à batterie solaire en orbite basse en 2028 et en orbite haute en 2030.

Par ailleurs, l’Union européenne développe également le programme Solaris pour déterminer la faisabilité technique de l’énergie solaire dans l’espace. Entre-temps, le Royaume-Uni a mené une étude indépendante et a conclu que la production d’énergie solaire dans l’espace est techniquement réalisable, avec des conceptions telles que le satellite CASSIOPeiA (1,7 km de long, capable de fournir 2 gigawatts d’électricité).

Quant à l'équipe de Hajimiri en Californie, lui et ses collègues ont passé les six derniers mois à tester des prototypes afin de recueillir des données pour la prochaine génération de conceptions. L’objectif ultime de Hajimiri est donc une série de voiles légères et flexibles qui peuvent être enroulées, lancées et dépliées dans l’espace, avec des milliards de pièces fonctionnant en parfaite synchronisation pour fournir de l’énergie là où elle est nécessaire.

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