Il s’agit d’une utopie venue directement du monde de la science-fiction. Elle a été imaginée dans les années 1920 par le scientifique russe Constantin Tsiolkovsky. Le grand auteur de science-fiction, Isaac Asimov, dans une nouvelle baptisée Reason (Raison) publiée en 1941, imaginait des centrales solaires géantes dans l’espace gérées par des robots et alimentant les villes terrestres. Des chercheurs chinois, japonais, américains et russes travaillent activement à des projets de ce type. Mais la première expérience en grandeur réelle est venue des Etats-Unis. L’U.S. Naval Research Laboratory a testé un panneau solaire dans l’espace permettant de transmettre de l’énergie sur terre.
Ce panneau, nommé Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module (PRAM), a été lancé en mai 2020 à bord du drone d’essai orbital X-37B de l’armée de l’air américaine. Le module de 30 x 30 cm convertit la lumière solaire en micro-ondes pour la rediriger vers la Terre où elle est captée par des antennes qui les convertissent en électricité.
Un potentiel sept fois supérieur dans l’espace
En théorie, des centrales solaires en orbite pourraient permettre de donner accès à une énergie considérable permettant de couvrir tous les besoins terrestres. Dans l’espace, il est possible de s’affranchir de l’alternance entre le jour et la nuit et des interférences de l’atmosphère et des nuages. De plus, rien n’empêche d’augmenter la surface des panneaux. Et l’absence de gravité est un atout pour créer de très grandes structures.
«Dans l’espace, le spectre lumineux contient plus de bleu ce qui permet d’ajouter une autre couche aux cellules solaires pour en profiter», explique sur CNN Paul Jaffe, l’un des développeurs du projet. «C’est l’une des raisons pour lesquelles la puissance par unité de surface d’un panneau solaire dans l’espace est supérieure à celle au sol. L’avantage unique des satellites d’énergie solaire par rapport à toute autre source d’énergie est sa transmissibilité mondiale. Vous pouvez envoyer de l’électricité à Chicago et une fraction de seconde plus tard, si besoin est, l’envoyer à Londres ou à Brasilia», ajoute-t-il. D’après un article de Science et Vie sur les défis du solaire spatial, le potentiel énergétique dans l’espace est sept fois plus important que sur terre: 1 371 watts/m², contre 200 watts/m² en moyenne au sol.
De sérieux obstacles techniques et économiques
Mais avant de construire des centrales les obstacles techniques et économiques à franchir sont considérables. L’une des difficultés tient à l’augmentation de la température à la surface du module qui comme pour tous les panneaux solaires diminue sérieusement les performances. Un panneau photovoltaïque dont la température de surface dépasse 25 degrés Celsius perd 0,45% de rendement par degré supplémentaire. Sur terre, sous des températures ambiantes de 35 degrés, les cellules peuvent atteindre 80 degrés en surface.
Une autre difficulté concerne la transmission des micro-ondes vers la Terre. Les micro-ondes sont diffractées par l’atmosphère, ce qui signifie que plus la longueur d’onde est grande, plus les antennes émettrices et réceptrices doivent aussi être grandes. Pour une antenne en orbite d’un kilomètre de diamètre, la surface au sol de l’antenne réceptrice devrait être de 10 kilomètres d’après Science et Vie.
Il y a enfin, la question majeure de la viabilité économique de la construction de centrales solaires dans l’espace. Le coût de l’acheminement et du déploiement des panneaux serait faramineux. Une centrale de 5 GW pèserait 10.000 tonnes, ce qui correspond à 25 fois la masse de la Station spatiale internationale. Une des solutions serait d’assembler les panneaux directement dans l’espace à partir de milliers de petits éléments envoyés par des nano-satellites. Et après se posera la question de la maintenance des installations, de la réparation des panneaux endommagés par des projectiles, des radiations.
Mais la course à l’espace, y compris à l’énergie dans l’espace, n’est pas qu’une question économique. Le prestige et l’ambition des nations jouent un rôle majeur. Ce n’est pas pour rien si l’US Navy porte les ambitions américaines et si la Chine avait annoncé en 2019 son ambition de construire une centrale solaire dans l’espace d’ici 2035.
