Cela fait de nombreuses années que des chercheurs américains, japonais, russes et chinois travaillent à la possibilité de fabriquer dans l’espace des centrales solaires captant en permanence et en grande quantité l’énergie de notre étoile. Elles ne seraient plus à la merci du niveau d’ensoleillement et n’arrêteraient pas de produire la nuit. Placer des panneaux photovoltaïques dans l’espace permettrait en théorie de fabriquer beaucoup d’électricité 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Le grand auteur de science-fiction, Isaac Asimov, dans une nouvelle baptisée Reason (Raison) publiée en 1941, imaginait déjà des centrales solaires géantes dans l’espace gérées par des robots et alimentant les villes terrestres.
Aujourd’hui, 82 ans plus tard, des scientifiques de Caltech (California Institute of Technology) ont montré que ce qu’imaginait Isaac Asimov peut devenir réalité. Leur prototype, le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), est parvenu à collecter la lumière du Soleil, la convertir en électricité et envoyer cette dernière à des récepteurs micro-ondes installés sur un toit du campus de Caltech à Pasadena. L’expérience a aussi permis de valider que l’équipement, mis sur orbite le 3 janvier, peut survivre à un séjour dans l’Espace.
L’un des trois projets embarqués sur le SSPD-1
« À notre connaissance, personne n’a jamais fait la démonstration d’un transfert d’énergie sans fil depuis l’espace même avec des structures rigides onéreuses. Nous réalisons cela aujourd’hui avec des structures flexibles légères et avec nos propres circuits intégrés. C’est une première », s’est félicité le professeur Ali Hajimiri, ingénieur et co-directeur du Space Solar Power Project (SSPP) de Caltech.
« Le transfert d’énergie sans fil à partir de structures flexibles légères déployables dans l’espace est un élément essentiel de la vision de Caltech d’une constellation de panneaux solaires qui se déploient une fois en orbite », ont ajouté Joyce et Kent Kresa, professeurs d’aérospatiale et d’ingénierie civile à Caltech et co-directeurs de SSPP.
L’expérience réussie, baptisée Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE), est l’un des trois projets embarqués sur le SSPD-1. MAPLE comprend deux récepteurs et transmetteurs micro-ondes séparés reliés à des panneaux photovoltaïques. L’équipe de Caltech souligne que l’équipement a été conçu pour être le plus léger possible et occuper le moins d’espace possible lors de son envoi sur orbite afin de réduire au maximum la quantité de carburant à utiliser. Le design est tel que les transmetteurs peuvent être repliés et ensuite déployés.
L’énergie solaire récupérée dans l’espace huit fois plus importante à surface égale que sur terre
En théorie, des centrales solaires en orbite pourraient permettre de donner accès à une énergie considérable permettant de couvrir tous les besoins terrestres. Toujours en théorie, l’énergie solaire dans l’espace est huit fois plus importante à surface égale que celle récupérée sur terre. 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. Mais un tel projet se heurte à d’immenses difficultés techniques (et économiques) entre la construction en orbite d’une centrale constituée d’une constellation de panneaux reliés entre eux et la transmission en continu sans fil, via des ondes radio, de l’énergie à la surface de la terre.
Cela n’empêche pas les chercheurs et les universités de persévérer à l’image de ce qui se fait avec la fusion nucléaire. Une première expérience en grandeur réelle a ainsi été menée aux Etats-Unis en 2020. L’U.S. Naval Research Laboratory avait alors testé un panneau solaire dans l’espace permettant de transmettre de l’énergie sur terre. Ce panneau, nommé Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module, avait 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 convertissait la lumière solaire en micro-ondes pour la rediriger vers la Terre où elle était captée par des antennes qui les convertissent en électricité.
À la fin du mois dernier, l’agence spatiale japonaise, JAXA, a annoncé un projet comparable à celui de Caltech. Un partenariat public-privé a pour objectif d’envoyer de l’énergie solaire depuis l’espace sur Terre d’ici à 2025. Le chef de ce projet, un professeur de l’Université de Kyoto, travaille sur le sujet depuis 2009.
Encore deux expérimentations majeures à mener
Caltech a encore deux autres expérimentations à réaliser en orbite dans le cadre de son projet SSPP. La première s’appelle DOLCE pour « Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment » (Expérience composite ultralégère déployable en orbite). Il s’agit une structure mesurant 1,83 x 1,83 m visant à tester « l’architecture, le schéma de packaging et les mécanismes de déploiement du vaisseau modulaire ». Un autre instrument, ALBA, doit analyser 22 types de cellules photovoltaïques pour voir comment elles supportent l’environnement extrême de l’espace.
Le projet d’énergie solaire spatiale de Caltech a vu le jour en 2013 à l’initiative du philanthrope Donald Bren, président d’Irvine Company et membre du conseil d’administration de Caltech. Donald Bren et sa femme, Brigitte, administratrice de Caltech, avaient fait don alors de plus de 100 millions de dollars pour mener ce projet. La société Northrop Grumman a apporté en plus 12,5 millions de dollars.
