Le projet audacieux d'installer des fermes solaires dans l'espace et de renvoyer de l'énergie sur Terre
Hajmiri plaisante en disant qu'il a l'intention de faire imprimer les réponses sur une carte. "Je la garderai dans mon portefeuille pour la montrer aux gens", a-t-il déclaré.
D'abord sceptique à l'égard de l'énergie solaire dans l'espace, M. Hajimiri a commencé à s'intéresser de plus près à cette idée. "En moyenne, on obtient huit fois plus d'énergie dans l'espace que sur Terre, a-t-il expliqué à CNN. Le faisceau ne tuera pas non plus les animaux. Et pour l'Étoile de la mort ? Le faisceau ne sera pas assez puissant pour être utilisé comme arme, a-t-il ajouté.
Cette année, Hajimiri et son équipe ont fait un pas vers la concrétisation de l'énergie solaire dans l'espace.
En janvier, ils ont lancé Maple, un prototype solaire spatial de 30 centimètres de long équipé de transmetteurs souples et légers. L'objectif était de récolter l'énergie du soleil et de la transférer sans fil dans l'espace, ce qu'ils ont réussi à faire en allumant une paire de LED.
Mais l'objectif était de voir si Maple pouvait également envoyer de l'énergie détectable vers la Terre. En mai, l'équipe a décidé de lancer un "essai" pour voir ce qui se passerait. Sur un toit du campus de Caltech à Pasadena, en Californie, Hajimiri et les autres scientifiques ont pu capter le signal de Maple.
La quantité d'énergie détectée était minuscule, trop petite pour être utile, mais ils avaient réussi à envoyer de l'énergie sans fil depuis l'espace. "Ce n'est qu'après coup que nous nous sommes rendu compte qu'il s'agissait de quelque chose de très spécial", a déclaré M. Hajimiri.
L'énergie solaire produite dans l'espace peut sembler une idée folle et futuriste, mais elle n'est pas nouvelle. Dès 1941, elle a été décrite dans une nouvelle de l'écrivain de science-fiction Isaac Asimov. Au cours des décennies qui ont suivi, des pays comme les États-Unis, la Chine et le Japon ont exploré cette idée, mais pendant des années, elle a été écartée. "Les aspects économiques étaient tout simplement hors de portée", a déclaré Martin Soltau, PDG de la société Space Solar, basée au Royaume-Uni.
Cette situation est peut-être en train de changer, car le coût du lancement des satellites diminue fortement, la technologie solaire et robotique progresse rapidement et le besoin d'une énergie propre abondante pour remplacer les combustibles fossiles qui réchauffent la planète se fait de plus en plus pressant.
Selon Craig Underwood, professeur émérite d'ingénierie des engins spatiaux à l'université du Surrey, au Royaume-Uni, il existe un "nexus de différentes technologies qui se rejoignent au moment où nous en avons besoin".
Le problème, c'est que ces technologies devraient être déployées à une échelle sans précédent.
Qu'est-ce que l'énergie solaire spatiale ?
Au fond, l'énergie solaire spatiale est un concept assez simple. Les humains pourraient exploiter l'énorme puissance du soleil dans l'espace, où elle est disponible en permanence - sans être affectée par le mauvais temps, la couverture nuageuse, la nuit ou les saisons - et la transmettre à la Terre.
Il existe différents concepts, mais le fonctionnement serait à peu près le suivant : d'énormes satellites solaires, d'un diamètre de plus d'un kilomètre, seraient placés sur une orbite très élevée.
En raison de leur taille colossale, ces structures seraient composées de centaines de milliers de modules beaucoup plus petits, fabriqués en série, "comme des briques de lego", a expliqué M. Soltau à CNN, qui seraient assemblés dans l'espace par des machines d'assemblage robotisées autonomes.
Les cellules solaires du satellite capteraient l'énergie du soleil, la convertiraient en micro-ondes et la transmettraient sans fil à la Terre par l'intermédiaire d'un très grand émetteur, capable d'atteindre avec précision des points spécifiques au sol.
Les micro-ondes, qui peuvent facilement traverser les nuages et le mauvais temps, seraient dirigées vers une antenne réceptrice (ou "rectenne") sur Terre, faite d'un filet - "pensez à une sorte de filet de pêche accroché à des perches de bambou", a déclaré M. Soltau - où les micro-ondes seraient reconverties en électricité et injectées dans le réseau.
La rectenne, d'un diamètre d'environ 6 kilomètres, pourrait être construite sur terre ou en mer. Et comme ces structures maillées seraient presque transparentes, l'idée est que le terrain situé en dessous pourrait être utilisé pour des panneaux solaires, des exploitations agricoles ou d'autres activités.
Un seul satellite solaire spatial pourrait fournir jusqu'à 2 gigawatts d'énergie, soit à peu près la même quantité que deux centrales nucléaires moyennes aux États-Unis.
Une idée qui a fait son chemin ?
L'énergie solaire spatiale n'a "rien d'une science-fiction", a déclaré M. Underwood, le professeur britannique, à CNN. La technologie est mûre, a-t-il ajouté. "La principale pierre d'achoppement a été le coût de la mise en orbite d'une centrale électrique.
Au cours de la dernière décennie, cette situation a commencé à changer lorsque des entreprises telles que SpaceX et Blue Origin ont commencé à développer des fusées réutilisables. Aujourd'hui, les coûts de lancement, qui s'élèvent à environ 1 500 dollars par kilogramme, sont 30 fois moins élevés qu'à l'époque de la navette spatiale, au début des années 1980.
Et si le lancement de milliers de tonnes de matériaux dans l'espace semble avoir une empreinte carbone énorme, l'énergie solaire spatiale aurait probablement une empreinte au moins comparable à l'énergie solaire terrestre par unité d'énergie, si ce n'est plus petite, en raison de son efficacité accrue puisque la lumière du soleil est disponible presque en permanence, a déclaré Mamatha Maheshwarappa, responsable des systèmes de charge utile à l'Agence spatiale britannique.
Certains experts vont plus loin. Selon M. Underwood, l'empreinte carbone de l'énergie solaire spatiale serait environ deux fois moins importante que celle d'une ferme solaire terrestre produisant la même énergie, même avec le lancement d'une fusée.
Mais cela ne signifie pas que l'énergie solaire spatiale devrait remplacer les énergies renouvelables terrestres, a-t-il ajouté. L'idée est de fournir une énergie de "base" qui puisse être utilisée 24 heures sur 24 pour combler les lacunes lorsque le vent ne souffle pas et que le soleil ne brille pas sur Terre. Actuellement, l'énergie de base est généralement fournie par des centrales électriques fonctionnant aux combustibles fossiles ou à l'énergie nucléaire, qui sont capables de fonctionner avec peu d'interruptions.
L'énergie serait "très portable", a déclaré Peter Garretson, chargé d'études sur la défense à l'American Foreign Policy Council. Elle pourrait être téléportée depuis l'espace jusqu'au sommet de l'Europe, par exemple, puis jusqu'à la base de l'Afrique.
De nombreux défenseurs de ce projet soulignent le potentiel qu'il pourrait offrir aux pays en développement dont les besoins énergétiques sont importants, mais qui manquent d'infrastructures. Tout ce dont ils ont besoin, c'est d'une antenne-relais. "Il s'agira d'une véritable démocratisation de l'énergie abondante et abordable", a déclaré M. Soltau.
L'énergie solaire spatiale pourrait également contribuer à alimenter les villes et villages reculés de l'Arctique qui sont plongés dans une obscurité presque totale pendant des mois chaque année, et pourrait transmettre de l'énergie pour soutenir les communautés victimes de coupures de courant lors de catastrophes climatiques ou de conflits.
Les défis
Il y a encore un énorme fossé entre le concept et la commercialisation.
Nous savons comment construire un satellite et nous savons comment construire un champ solaire, a déclaré M. Maheshwarappa, de l'agence spatiale britannique. "Ce que nous ne savons pas, c'est comment construire quelque chose d'aussi grand dans l'espace.
Elle cite l'exemple du Burj Khalifa à Dubaï, le plus haut bâtiment du monde, qui s'élève à environ 830 mètres. "Les structures dont nous parlons sont deux fois plus grandes", a déclaré Mme Maheshwarappa à CNN. "Nous n'avons donc jamais construit quelque chose d'aussi grand au sol, et encore moins dans l'espace.
Les scientifiques doivent également trouver comment utiliser l'IA et la robotique pour construire et entretenir ces structures dans l'espace. "Les technologies habilitantes sont encore à un stade de préparation technologique très bas", a déclaré M. Maheshwarappa.
Il faut ensuite réglementer ce nouveau système énergétique, afin de s'assurer que les satellites sont construits de manière durable, qu'il n'y a pas de risque de débris et qu'ils disposent d'un plan de fin de vie, ainsi que pour déterminer l'emplacement des antennes-relais.
L'adhésion du public pourrait constituer un autre obstacle de taille, selon M. Maheshwarappa. Il peut y avoir une peur instinctive lorsqu'il s'agit d'envoyer de l'énergie depuis l'espace.
Mais ces craintes ne sont pas fondées, selon certains experts. La densité d'énergie au centre de la rectenne serait d'environ un quart de celle du soleil de midi. "Ce n'est pas différent de se tenir devant une lampe chauffante", a déclaré M. Hajimiri.
Et pour construire un satellite capable de nuire à l'homme, il faudrait qu'il soit beaucoup plus grand que les concepts actuellement en cours de développement, a ajouté M. Hajimiri. "Si quelqu'un essaie de construire un tel satellite, tout le monde le saura.
Cela ne signifie pas qu'il ne faut pas poser de questions, a-t-il ajouté. L'idée est de "bénéficier à l'humanité, et si ce n'est pas le cas, ce n'est pas la peine".
Pour certains, cependant, le concept même de l'énergie solaire basée dans l'espace n'a pas lieu d'être.
Amory Lovins, physicien et professeur adjoint à l'université de Stanford, estime que le monde ferait mieux de se concentrer sur les énergies renouvelables terrestres. L'énergie supplémentaire dans l'espace et la possibilité de la récolter presque 24 heures sur 24 "n'ont pas assez de valeur pour compenser le coût de la collecte et de la transmission de l'énergie vers le sol", a-t-il déclaré à CNN.
Pour M. Lovins, les promesses selon lesquelles le système constituerait une excellente source d'énergie de base ne tiennent pas non plus. Il existe des techniques permettant d'adapter la demande d'énergie à l'offre, et non l'inverse, sans que les consommateurs s'en rendent compte. Disposer d'une énorme source d'énergie qui produit en permanence est "d'une rigidité indésirable", a-t-il déclaré.
"Pourquoi dépenser de l'argent pour quelque chose qui n'a aucune chance d'être rentable si vous réussissez, dont le besoin aura été satisfait avant que vous ne puissiez le construire et dont les estimations les plus optimistes des coûts futurs sont les mêmes que le prix actuel de l'énergie solaire terrestre et des batteries ?
L'avenir
Les gouvernements et les entreprises du monde entier sont convaincus que l'énergie solaire spatiale est extrêmement prometteuse pour répondre à la demande croissante d'énergie propre et abondante et pour lutter contre la crise climatique.
Selon M. Soltau, il faudra encore cinq ou six ans pour mettre en place un programme de développement capable de démontrer la validité du concept. Il faudra ensuite cinq ou six ans de plus pour industrialiser et mettre à l'échelle le système à l'échelle du gigawatt afin qu'il soit pleinement opérationnel.
Un soutien gouvernemental fort sera essentiel, a-t-il ajouté. "Il est ambitieux de créer une toute nouvelle technologie énergétique.
Aux États-Unis, le laboratoire de recherche de l'armée de l'air prévoit de lancer un petit démonstrateur appelé Arachne en 2025, et le laboratoire de recherche navale a lancé un module en mai 2020 à bord d'un véhicule d'essai orbital, afin de tester le matériel solaire dans les conditions de l'espace.
L'Académie chinoise de technologie spatiale, qui conçoit et fabrique des engins spatiaux, a pour objectif d'envoyer un satellite solaire en orbite basse en 2028 et en orbite haute en 2030, selon un rapport publié en 2022 par le South China Morning News.
Le gouvernement britannique a fait preuve d'une grande activité. Il a commandé une étude indépendante qui a révélé en 2021 que l'énergie solaire spatiale était techniquement réalisable, mettant en avant des projets tels que CASSIOPeiA, un satellite de 1,7 kilomètre de diamètre qui vise à fournir 2 gigawatts d'énergie. En juin de cette année, le gouvernement a annoncé un financement de près de 5,5 millions de dollars pour les universités et les entreprises technologiques afin de "stimuler l'innovation" dans le secteur solaire spatial.
Quant à l'Europe, elle dispose de son programme Solaris, qui vise à établir la viabilité technique et politique de l'énergie solaire dans l'espace, en vue d'une éventuelle décision, en 2025, de lancer un programme de développement complet.
"Évidemment, avant de construire quelque chose, tout n'est que spéculation", a déclaré M. Garretson, "mais il y a de bonnes raisons de penser que cela pourrait être économiquement possible et viable".
De retour en Californie, Hajimiri et son équipe ont passé les six derniers mois à soumettre leur prototype à des tests de résistance afin d'en extraire des données qui serviront à la conception de la prochaine génération.
La vision ultime de M. Hajimiri est celle d'une série de voiles légères et flexibles qui peuvent être enroulées, lancées et déployées dans l'espace, avec des milliards d'éléments fonctionnant en parfaite synchronisation pour envoyer l'énergie là où elle est nécessaire
Il considère leur projet comme "un élément de cette longue chaîne de personnes qui s'appuient sur le travail des autres et s'entraident", a-t-il déclaré. "Nous franchissons donc une étape importante, peut-être, mais ce n'est pas la dernière.
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Source: edition.cnn.com
