La première transmission d’énergie solaire de l’espace, également connue sous le nom de collecte d’énergie solaire spatiale (ou SPS pour « Solar Power Satellite » en anglais), est une idée qui a été explorée depuis plusieurs décennies. L’idée de base est de collecter l’énergie solaire dans l’espace, où elle est plus abondante et constante, puis de la transmettre sous forme de micro-ondes ou de faisceaux laser vers la Terre, où elle est convertie en électricité utilisable.
Bien que des recherches et des expériences aient été menées dans ce domaine, notamment par la NASA et d’autres agences spatiales, aucune mise en œuvre à grande échelle n’a encore eu lieu. Les principaux défis associés à cette technologie comprennent le coût élevé de mise en place de l’infrastructure spatiale nécessaire, les problèmes de transmission d’énergie sur de longues distances et les préoccupations en matière de sécurité et d’impact environnemental.
Cependant, des progrès continus dans les domaines de l’énergie solaire, de l’aérospatiale et des technologies de communication pourraient éventuellement rendre cette idée plus réalisable à l’avenir. Des entreprises privées et des organismes gouvernementaux poursuivent des recherches dans ce domaine, explorant des concepts tels que les satellites de puissance solaire en orbite géostationnaire.
Première transmission réussie d’énergie solaire de l’espace à la Terre un pas de géant vers un avenir durable
Des chercheurs ont réussi à transmettre de l’énergie solaire de l’espace à la Terre pour la première fois. Ce jalon ouvre la voie à une nouvelle ère d’approvisionnement énergétique, promettant une source inépuisable et propre d’électricité.
La transition énergétique vers des sources renouvelables et propres est une priorité mondiale face aux défis climatiques actuels. Dans ce contexte, la capacité de capter et de transmettre l’énergie solaire depuis l’espace vers la Terre représente une évolution significative. Récemment, une équipe de chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) a franchi une étape décisive en réalisant la première transmission réussie d’énergie solaire spatiale à la surface terrestre. Cette percée, documentée dans un article soumis à la revue scientifique ArXiv, s’appuie sur le projet Space Solar Power Demonstrator (SSPD), illustrant le potentiel de cette technologie pour révolutionner notre approvisionnement énergétique en offrant une source inépuisable d’énergie propre. Aujourd’hui, la mission spatiale du SSPD-1 étant terminée, les ingénieurs sur Terre célèbrent les succès du banc d’essai et tirent des leçons importantes qui aideront à tracer l’avenir de l’énergie solaire spatiale.
La première transmission d’énergie solaire spatiale
Depuis des années, l’exploitation de l’énergie solaire spatiale a représenté un horizon lointain pour les chercheurs et les ingénieurs. Leur idée est de capter directement l’énergie solaire, inépuisable et plus intense dans l’espace qu’à la surface de la Terre. Cette transmission vers notre planète promet de résoudre plusieurs des défis énergétiques auxquels nous sommes confrontés.
Les obstacles techniques et financiers semblaient insurmontables jusqu’à ce que le projet Space Solar Power Demonstrator (SSPD), mené par le California Institute of Technology (Caltech), réalise une avancée significative. En 2023, l’équipe procède au lancement réussi d’un satellite conçu pour tester la faisabilité de capter l’énergie solaire dans l’espace. Le SSPD a mis en œuvre le dispositif MAPLE pour mener à bien une mission expérimentale. Ils réussirent à transmettre environ 100 milliwatts d’énergie solaire captée par un satellite en orbite, avec une réception effective de 1 milliwatt sur Terre. Cette réussite, bien que représentant une quantité d’énergie modeste, constitue une preuve de concept cruciale. L’énergie solaire spatiale paraît donc viable comme source renouvelable.
Cette transmission d’énergie, la première du genre, marque un tournant dans la recherche d’alternatives aux sources d’énergie fossiles, polluantes. Elle ouvre la voie à l’exploitation de l’énergie solaire spatiale à une échelle beaucoup plus grande. Elle souligne également le potentiel de cette technologie à transformer radicalement notre approvisionnement énergétique. En captant l’énergie solaire sans les contraintes des cycles jour-nuit ou des conditions météorologiques, les satellites solaires pourraient fournir une source constante et fiable d’énergie propre. Ce projet pilote de Caltech inspire une nouvelle ère d’innovations dans le domaine de l’énergie renouvelable.
On peut transmettre de l’énergie sans fil
Imaginez capter l’énergie émise par le Soleil depuis l’espace, où elle n’est pas atténuée, puis de l’envoyer sur Terre afin de l’utiliser, et tout cela sans l’aide d’un fil…
C’est l’exploit réalisé par une équipe de l’institut Caltech, aux États-Unis, lors de l’expérience Maple. Les chercheurs ont d’abord déployé dans l’espace un réseau de transmetteurs capable d’emmagasiner, puis de renvoyer sous forme de micro-ondes, l’énergie issue des rayonnements de notre étoile.
Le contrôle de chaque transmetteur permet alors d’additionner les ondes émises, puis d’envoyer l’énergie ainsi concentrée vers une seule et unique direction, celle où se trouve la cible. “Lors de cette expérience, nous avons réussi à transférer sélectivement de l’énergie à différents récepteurs dans l’espace pour alimenter des LED”, témoigne Ali Hajimiri, membre de l’équipe.
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De la même manière, de l’énergie a été envoyée sur Terre, vers le toit d’un bâtiment du campus de Caltech, où elle a été détectée avec succès ! Et le professeur de génie électrique et médical d’ajouter : “La prochaine étape sera d’utiliser des réseaux plus grands afin de transmettre de plus grandes quantités d’énergie, et de développer des algorithmes de focalisation plus avancés. ”
De quoi imaginer un jour la création de véritables fermes solaires spatiales, capables de récolter l’énergie quasi illimitée du Soleil…
Les composantes clés de la réussite de transmission de l’énergie solaire spatiale
Au cœur du projet Space Solar Power Demonstrator (SSPD) se trouve DOLCE. Les expériences du SSPD-1, bien que couronnées de succès, ont rencontré des imprévus. Mais ils sont essentiels pour tester la viabilité des technologies spatiales. Des problèmes comme l’accrochage d’un câble lors du déploiement de DOLCE ont offert des leçons précieuses. L’utilisation innovante de la chaleur solaire pour faciliter le déploiement et des stratégies pour surmonter les blocages mécaniques ont permis de finaliser le processus, influençant fortement les futures conceptions de panneaux solaires spatiaux.
En parallèle, ALBA et MAPLE jouent des rôles tout aussi essentiels dans la concrétisation de l’énergie solaire spatiale. ALBA contient une collection diversifiée de cellules photovoltaïques, notamment des cellules solaires spatiales non épitaxiales. L’équipe a utilisé des processus similaires à ceux des cellules en silicium terrestres, intégrant des matériaux comme l’arséniure de gallium pour un haut rendement. Des tests sur des cellules à pérovskite et des concentrateurs solaires luminescents ont montré une variabilité face aux conditions spatiales, avec une performance constante des cellules à base d’arséniure de gallium, ouvrant la voie à une énergie solaire spatiale plus accessible et efficace.
D’autre part, MAPLE incarne l’aspect révolutionnaire de la transmission d’énergie sans fil à travers l’espace. Comme mentionné précédemment, ce réseau de transmetteurs d’énergie micro-ondes a démontré pour la première fois la faisabilité de diriger l’énergie solaire captée en orbite vers la Terre. Ces innovations établissent les fondations pour des infrastructures spatiales futures, générant et transmettant massivement de l’énergie propre depuis l’espace. De plus, elles doivent évidemment résister aux variations de température, au rayonnement solaire intense et aux micrométéorites.
Bientôt une centrale solaire qui transmet de l’électricité depuis l’espace ?
Des scientifiques du California Institute of Technology viennent d’annoncer la réussite d’un test de transmission d’énergie solaire vers la Terre. Une première mondiale.
L’avenir d’une énergie solaire illimitée se trouve peut-être dans l’espace. Pour la toute première fois, une station solaire en orbite a transmis sur Terre de l’électricité produite à partir de ses panneaux solaires. Le California Institute of Technology (Caltech) a conduit cette expérimentation dans le cadre du projet Space Solar Power Demonstrator (SSPD).
Il s’agit d’une sonde spatiale qui a décollé début janvier. A son bord, plusieurs prototypes destinés à tester la viabilité de technologies de collecte et de transmission de l’énergie solaire vers notre planète : DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), une structure pour tester les mécanismes de déploiement des panneaux solaires spatiaux ; ALBA qui évalue 22 types de cellules photovoltaïques confrontées à l’environnement extrême de l’espace ; MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), un réseau d’émetteurs micro-ondes qui convertit et transmet l’énergie solaire.
Une énergie solaire disponible en permanence
On vient précisément de tester avec succès l’instrument MAPLE. Il reçoit l’énergie transmise et la convertit en courant continu. Puis il la renvoie vers la Terre où les chercheurs du Caltech ont pu la capter. Les émetteurs de l’appareil utilisent des interférences constructives et destructives afin de déplacer le foyer et la direction de l’énergie de façon précise et sans utiliser aucune pièce mobile.
« À notre connaissance, personne n’a jamais démontré de transfert d’énergie sans fil dans l’espace, même avec des structures rigides coûteuses. Nous le faisons avec des structures légères flexibles et avec nos propres circuits intégrés. C’est une première », affirme Ali Hajimiri, professeur de génie électrique et de génie médical et codirecteur du SSPP.
Le Caltech envisage de créer une centrale solaire orbitale composée d’une constellation de stations comme celle-ci qui collecteront la lumière du Soleil en permanence, la transformeront en électricité avant la convertir en micro-ondes « qui seront transmises sans fil sur de longues distances partout où cela est nécessaire, y compris des endroits qui n’ont actuellement pas accès à une alimentation fiable ».
Vers un avenir énergétique durable grâce à l’énergie solaire spatiale
La réalisation du projet SSPD de Caltech représente une avancée majeure dans le domaine de l’énergie renouvelable. L’un des atouts les plus significatifs de cette technologie est sa capacité à fournir un accès ininterrompu à l’énergie solaire. Concrètement, l’énergie solaire pourrait être disponible 24 heures sur 24. Elle deviendrait une colonne vertébrale fiable et constante de notre réseau énergétique mondial. Elle réduirait ainsi notre dépendance aux combustibles fossiles et contribuant à la sécurité énergétique.
En outre, la flexibilité dans la distribution de l’énergie que permet cette technologie ouvre des horizons nouveaux pour l’alimentation électrique des régions les plus isolées ou difficiles d’accès. Les satellites solaires ont le potentiel de diriger l’énergie vers des zones spécifiques. Il pourrait s’agir de communautés éloignées, de zones touchées par des catastrophes naturelles ou de régions en proie à des conflits. Il n’y a aucune nécessité de construire et de maintenir une infrastructure de transmission terrestre coûteuse et complexe.
Les chercheurs visent à créer une constellation modulaire de vaisseaux spatiaux. D’environ un kilomètre d’échelle, ils pourront fournir assez d’énergie à 10 000 foyers. Chaque satellite cubique d’un mètre se déploiera en un carré plat de 50 mètres de côté. Ils sont équipés de cellules solaires sur une face et d’émetteurs micro-ondes sur l’autre. Cette capacité transformera radicalement la manière dont nous répondons aux crises humanitaires et aux besoins de développement. Elle accélèrera la transition vers une économie à faible émission de carbone.
Energie solaire : un projet de miroirs spatiaux pour alimenter les fermes photovoltaïques
Des scientifiques de l’Université de Glasgow lancent un projet de réflecteurs spatiaux, placés en orbite pour dévier la lumière solaire pendant la nuit.
Aussi prometteuse et propre soit-elle, l’énergie solaire a un défaut : son manque d’efficacité quand le soleil ne rayonne pas sur le Terre. C’est-à-dire essentiellement tôt le matin et le soir. Justement au moment où la population en a le plus besoin, et lorsqu’elle est la plus coûteuse…
Mais voilà que des ingénieurs écossais pensent avoir trouvé la solution pour que les panneaux photovoltaïques soient en permanence sous les rayons du soleil. Selon eux, il serait possible de placer en orbite des réflecteurs spatiaux dont le rôle serait de dévier la lumière du soleil vers la terre.
Dévier la lumière solaire vers la Terre
Ces chercheurs de l’Université de Glasgow ont ainsi présenté le projet Solspace. Il implique le déploiement de satellites réflecteurs en orbite haute héliosynchrone, pour faire en sorte que l’angle entre le plan orbital et la direction du Soleil demeure quasiment constant. Suivant un chemin similaire au sol chaque jour, chaque satellite déplierait un réflecteur hexagonal mesurant 250 m de côté, pour une superficie totale de 162 380 m².
Placés à environ 900 km de la surface de la terre, ces immenses miroirs pourraient ainsi éclairer une zone de 10 km² à la surface pendant environ 17 minutes à chaque passage. Selon ces chercheurs, chaque réflecteur pourrait fournir entre 34 et 36 MWh d’énergie bonus à chaque passage, pouvant être captée par des parcs solaires terrestres.
Les Russes avaient eu la même idée en 1993
Cette idée d’exploiter la lumière solaire pour la dévier vers la Terre n’est pas nouvelle. Il y a 30 ans, les Russes avaient lancé le projet Znamya. Il ne s’agissait pas de placer plusieurs réflecteurs en orbite, mais une voile d’aluminium de 20 mètres de diamètre.
Attaché à la station spatiale Mir, ce disque avait été déployé en 1993 pour tester la faisabilité d’éclairer plusieurs points sur Terre avec une lumière équivalente à celle de plusieurs pleines lunes. Six ans plus tard, les Russes avaient testé un deuxième voile plus grand, de 25 mètres de diamètre, mais sa mise en route avait échoué, et le projet s’était alors arrêté.
Du côté de Glasgow, on reste persuadé que le projet Solspace pourrait devenir commercialement viable. Tout particulièrement parce que SpaceX et d’autres sociétés privées permettent de baisser considérablement les coûts des missions spatiales.
- Source : A. Ayling et al., “Wireless Power Transfer in Space using Flexible, Lightweight, Coherent Arrays”, arXiv, 2024