Cela ressemble à de la science-fiction: des centrales solaires géantes flottant dans l’espace qui transmettent d’énormes quantités d’énergie à la Terre. Et pendant longtemps, le concept – développé pour la première fois par le scientifique russe Konstantin Tsiolkovsky dans les années 1920 – a été la principale source d’inspiration des écrivains.
Un siècle plus tard, cependant, les scientifiques font d’énormes progrès pour transformer le concept en réalité. L’Agence spatiale européenne a réalisé le potentiel de ces efforts et cherche maintenant à financer de tels projets, prévoyant que la première ressource industrielle que nous obtiendrons de l’espace est «l’énergie rayonnée».
Le changement climatique est le plus grand défi de notre temps, il y a donc beaucoup en jeu. De la hausse des températures mondiales à l’évolution des conditions météorologiques, les effets du changement climatique se font déjà sentir partout dans le monde. Surmonter ce défi exigera des changements radicaux dans la façon dont nous générons et consommons de l’énergie.
Les technologies d’énergie renouvelable se sont considérablement développées ces dernières années, avec une efficacité améliorée et un coût moindre. Mais un obstacle majeur à leur absorption est le fait qu’ils ne fournissent pas un approvisionnement constant en énergie. Les parcs éoliens et solaires ne produisent de l’énergie que lorsque le vent souffle ou que le soleil brille – mais nous avons besoin d’électricité 24 heures sur 24, tous les jours. En fin de compte, nous avons besoin d’un moyen de stocker l’énergie à grande échelle avant de pouvoir passer aux sources renouvelables.
Avantages de l’espace
Une solution possible serait de générer de l’énergie solaire dans l’espace. Il y a de nombreux avantages à cela. Une centrale solaire spatiale pourrait orbiter pour faire face au Soleil 24 heures sur 24. L’atmosphère terrestre absorbe et réfléchit également une partie de la lumière du soleil, de sorte que les cellules solaires au-dessus de l’atmosphère recevront plus de lumière solaire et produiront plus d’énergie.
Mais l’un des principaux défis à surmonter est de savoir comment assembler, lancer et déployer des structures aussi grandes. Une seule centrale solaire peut avoir jusqu’à 10 kilomètres carrés dans la région, soit l’équivalent de 1 400 terrains de football. L’utilisation de matériaux légers sera également essentielle, car la plus grosse dépense sera le coût du lancement de la station dans l’espace sur une fusée.
Conceptions d’artiste d’un satellite d’énergie solaire, surnommé le concept SPS du concentrateur symétrique intégré. NASA
Une solution proposée consiste à développer un essaim de milliers de satellites plus petits qui se réuniront et se configureront pour former un seul et grand générateur solaire. En 2017, des chercheurs du California Institute of Technology ont présenté des conceptions pour une centrale électrique modulaire, composée de milliers de tuiles de cellules solaires ultralégères. Ils ont également présenté un prototype de tuile pesant à peine 280 grammes par mètre carré, soit le poids de la carte.
Récemment, des développements dans la fabrication, tels que l’impression 3D, sont également à l’étude pour cette application. À l’Université de Liverpool, nous explorons de nouvelles techniques de fabrication pour imprimer des cellules solaires ultra-légères sur des voiles solaires. Une voile solaire est une membrane pliable, légère et hautement réfléchissante capable d’exploiter l’effet de la pression de rayonnement du Soleil pour propulser un vaisseau spatial vers l’avant sans carburant. Nous explorons comment intégrer des cellules solaires sur des structures de voiles solaires pour créer de grandes centrales solaires sans carburant.
Ces méthodes nous permettraient de construire des centrales électriques dans l’espace. En effet, il pourrait un jour être possible de fabriquer et de déployer des unités dans l’espace à partir de la Station spatiale internationale ou de la future station passerelle lunaire qui orbitera autour de la Lune. De tels appareils pourraient en fait aider à fournir de l’énergie sur la Lune.
Les possibilités ne s’arrêtent pas là. Alors que nous dépendons actuellement des matériaux de la Terre pour construire des centrales électriques, les scientifiques envisagent également d’utiliser des ressources de l’espace pour la fabrication, comme des matériaux trouvés sur la Lune.
Un autre défi majeur sera la transmission de l’énergie à la Terre. Le plan est de convertir l’électricité des cellules solaires en ondes d’énergie et d’utiliser des champs électromagnétiques pour les transférer vers une antenne à la surface de la Terre. L’antenne reconvertirait alors les ondes en électricité. Des chercheurs dirigés par l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale ont déjà développé des conceptions et démontré un système orbiteur qui devrait pouvoir le faire.
Il y a encore beaucoup de travail à faire dans ce domaine, mais l’objectif est que les centrales solaires dans l’espace deviennent une réalité dans les décennies à venir. Des chercheurs chinois ont conçu un système appelé Omega, qu’ils visent à rendre opérationnel d’ici 2050. Ce système devrait être capable de fournir 2 GW d’électricité au réseau terrestre à des performances de pointe, ce qui est énorme. Pour produire autant d’énergie avec des panneaux solaires sur Terre, il vous en faudrait plus de six millions.
Des satellites solaires plus petits, comme ceux conçus pour propulser des rovers lunaires, pourraient être opérationnels encore plus tôt.
Partout dans le monde, la communauté scientifique consacre du temps et des efforts au développement de centrales solaires dans l’espace. Nous espérons qu’ils pourront un jour devenir un outil vital dans notre lutte contre le changement climatique.
