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Nov 14, 2023

Un satellite envoie de l'énergie solaire vers la Terre, en premier

Les chercheurs ont fait un petit pas, mais nécessaire, vers la réalisation d'un

Les chercheurs ont fait un pas petit mais nécessaire vers la réalisation d’un rêve de longue date: récolter l’énergie solaire dans l’espace et la transmettre à la Terre. Un satellite lancé en janvier a dirigé l’énergie d’un faisceau de micro-ondes sur des cibles dans l’espace, et a même envoyé une partie de cette puissance à un détecteur sur Terre, a annoncé le constructeur de l’expérience, le California Institute of Technology (Caltech), le 1er juin. « Personne ne l’a fait auparavant », déclare le scientifique spatial Sanjay Vijendran de l’Agence spatiale européenne (ESA). « Ils apportent de la crédibilité au sujet en démontrant cette capacité. »

La crédibilité a longtemps été le défi de l’énergie solaire spatiale. Pour produire autant d’énergie qu’une centrale au charbon ou nucléaire typique, un satellite aurait besoin d’une zone de collecte de plusieurs kilomètres de diamètre, nécessitant des centaines de lancements et d’assemblages en orbite. La NASA a planifié une mission de démonstration pendant la crise énergétique des années 1970. Mais avec la technologie de l’époque, transportée par la navette spatiale et assemblée par les astronautes, la mission aurait coûté 1 billion de dollars. Peu de gens l’ont pris au sérieux après cela.

L’espace a changé depuis. Les cellules solaires et les faisceaux micro-ondes sont moins chers et plus efficaces. Des robots capables d’assembler des structures seront bientôt en orbite, et des entreprises telles que SpaceX ont réduit le coût des lancements. Des études récentes commandées par l’ESA et le gouvernement britannique suggèrent que des générateurs géants en orbite seront bientôt en mesure de produire de l’électricité à des coûts comparables à ceux des centrales nucléaires terrestres.

Quelques programmes de recherche dispersés ont fait avancer le domaine. À partir des années 1980, des chercheurs de l’Université de Kyoto ont démontré un faisceau de puissance sur de courtes distances aux confins de l’espace à l’aide de fusées suborbitales. En 2020, une équipe du Laboratoire de recherche navale des États-Unis a envoyé un « panneau sandwich » de la taille d’une boîte à pizza en orbite avec des cellules solaires d’un côté, un remplissage d’électronique et des émetteurs micro-ondes de l’autre côté pour démontrer la conversion de la lumière du soleil en micro-ondes.

La mission Caltech, financée par la Fondation Donald Bren et Northrop Grumman Corporation, visait à aller plus loin avec des composants légers, peu coûteux et flexibles. L’émetteur micro-ondes était un réseau de 32 antennes plates emballées sur une surface légèrement plus grande qu’une assiette. En faisant varier la synchronisation des signaux envoyés aux différentes antennes, les chercheurs ont pu diriger le faisceau du réseau. Ils l’ont pointé vers une paire de récepteurs à micro-ondes à environ la distance d’un avant-bras et ont commuté le faisceau d’un récepteur à l’autre à volonté, allumant une LED sur chacun.

La puissance transmise était faible, seulement 200 milliwatts, moins que celle d’une lumière de caméra de téléphone portable. Mais l’équipe a quand même pu diriger le faisceau vers la Terre et le détecter avec un récepteur à Caltech. « C’était une preuve de concept », explique Ali Hajimiri, ingénieur électricien à Caltech. « Cela indique ce qu’un système global peut faire. »

Le vaisseau spatial Caltech a encore deux autres expériences prévues. L’un d’eux teste actuellement 32 variétés différentes de cellules solaires pour voir laquelle survit le mieux aux rigueurs de l’espace. Le second est un morceau plié de matériau composite ultraléger qui se déploiera dans une structure en forme de voile de 2 mètres de diamètre. Bien que la voile ne contienne pas de cellules solaires, elle est destinée à tester le type de déploiements minces, flexibles et importants requis pour une future centrale électrique.

L’intérêt pour l’énergie solaire spatiale semble prendre de l’ampleur. L’ESA a commandé cette année deux études sur les architectures potentielles pour les centrales électriques en orbite. Vijendran dit que les entreprises d’approvisionnement en énergie se sont jointes à l’effort. L’équipe de Kyoto a annoncé le mois dernier qu’elle travaillerait avec l’agence spatiale japonaise JAXA pour tester le faisceau de puissance en orbite.

L’ingénieur électricien de Kyoto Naoki Shinohara a déclaré qu’il était heureux d’apprendre le succès de Caltech, « mais en même temps, je suis déçu parce que nous, les Japonais, avions pour objectif de réaliser la première expérience de satellite [transmission d’énergie sans fil] au monde en 2025 ».

La start-up Virtus Solis Technologies a également testé le faisceau de puissance et prévoit de lancer une usine pilote en orbite en 2026. Le PDG John Bucknell a déclaré que la société avait l’intention d’offrir de l’énergie commerciale aux clients avant la fin de la décennie. « L’énergie solaire spatiale est la seule technologie énergétique propre, ferme et évolutive [avec] une voie crédible vers des émissions réelles de zéro carbone. »