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

May 05, 2023

Les chercheurs ont franchi une étape modeste mais nécessaire vers la réalisation d'un rêve de longue date : récolter l'énergie solaire dans l'espace et la transmettre sur Terre. Un satellite lancé en janvier a dirigé la puissance d'un faisceau de micro-ondes vers 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 n'a fait cela 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 large, nécessitant des centaines de lancements et d'assemblage en orbite. La NASA a prévu une mission de démonstration pendant la crise énergétique des années 1970. Mais avec la technologie de l'époque, emportée par la navette spatiale et assemblée par des astronautes, la mission aurait coûté 1 000 milliards de dollars. Peu de gens l'ont pris au sérieux par la suite.

L'espace a changé depuis. Les cellules solaires et les faisceaux de micro-ondes sont moins chers et plus efficaces. Des robots capables d'assembler des structures seront bientôt en orbite, et des entreprises comme 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 poussé le domaine vers l'avant. À partir des années 1980, des chercheurs de l'Université de Kyoto ont démontré la transmission de puissance sur de courtes distances aux confins de l'espace à l'aide de fusées suborbitales. En 2020, une équipe du US Naval Research Laboratory a envoyé en orbite un "panneau sandwich" de la taille d'une boîte à pizza 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 orienter le faisceau du réseau. Ils l'ont pointé vers une paire de récepteurs à micro-ondes à une distance d'environ 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, à peine 200 milliwatts, inférieure à celle d'une lampe de caméra de téléphone portable. Mais l'équipe était toujours capable d'orienter le faisceau vers la Terre et de le détecter avec un récepteur à Caltech. "C'était une preuve de concept", déclare Ali Hajimiri, ingénieur électricien de Caltech. "Cela indique ce qu'un système global peut faire."

Le vaisseau spatial Caltech a encore deux autres expériences prévues. On teste actuellement 32 variétés différentes de cellules solaires pour voir laquelle survit le mieux aux rigueurs de l'espace. La seconde est une pièce pliée en matériau composite ultraléger qui se déploiera en une structure en forme de voile de 2 mètres de diamètre. Bien que la voile ne contienne aucune cellule solaire, 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 affirme que les sociétés 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 rayonnement de puissance en orbite.

L'ingénieur électricien de Kyoto, Naoki Shinohara, se dit ravi 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 satellite [de transmission d'énergie sans fil] au monde en 2025".

La start-up Virtus Solis Technologies a également testé le faisceau électrique 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."