Les avancées de la technologie solaire rendent les solutions basées sur l’espace plausibles

Depuis quelque temps maintenant, des recherches approfondies sont en cours pour trouver des moyens de capter et d’utiliser l’énergie solaire basée sur l’espace. Les scientifiques et les experts en technologie pensent que l’énergie solaire basée sur l’espace pourrait être un ajout efficace à l’ensemble des sources d’énergie durables disponibles. 

Fonctionnellement, le dispositif aurait des panneaux de collecte et de récolte d’énergie à des niveaux orbitaux, qui renverraient l’énergie solaire à leurs homologues récepteurs placés sur la planète Terre. Et comme cela implique l’espace, la planète Terre et la voie de transmission entre ces deux points, il doit être constitué de solutions technologiques sophistiquées. 

Prometteusement, les avancées réalisées dans la technologie solaire dans le monde rendent la production d’énergie solaire basée sur l’espace plausible. Mais avant de nous plonger plus profondément dans celles-ci, faisons un bref aperçu de ce que signifient les solutions d’énergie solaire basée sur l’espace et quels sont leurs avantages. 

Énergie solaire basée sur l’espace et ses avantages

Selon les données présentées par le département de l’Énergie des États-Unis, chaque heure sur Terre, nous recevons plus d’énergie solaire que nous ne pouvons utiliser en un an. Près de 30 % de cette énergie est retournée inutilisée dans l’espace par l’atmosphère. Cette énergie peut être capturée et utilisée efficacement si nous mettons en place des mécanismes d’énergie solaire basée sur l’espace robustes. 

Dans ce système, les panneaux solaires basés sur des satellites peuvent capter et transmettre plus d’énergie que les panneaux solaires placés sur la surface de la Terre. Ils fonctionnent mieux en raison des avantages qu’ils ont d’être dans l’espace. Selon la description de la DEA, ceux-ci : 

“Les satellites équipés de panneaux solaires, transmettant de l’énergie, collectent une radiation solaire de haute intensité, ininterrompue.” 

L’approvisionnement est ininterrompu car, dans l’espace, il n’y a pas de nuages et pas de nuit. 

La technologie implique le déploiement de gigantesques miroirs qui reflètent d’énormes quantités de rayons solaires sur des collecteurs solaires plus petits afin qu’ils puissent être transmis sans fil à la Terre de manière sûre et contrôlée sous forme d’ondes micro-ondes ou de faisceau laser. 

Puisque ce processus implique des technologies sophistiquées, il attire des solutions innovantes de tout le monde. La NASA a maintenant publié un rapport sur l’énergie solaire basée sur l’espace pour se doter des « informations nécessaires pour déterminer comment elle peut soutenir le développement de ce domaine de recherche. »

Le rapport tente d’évaluer les paramètres qui joueront un rôle crucial pour rendre l’énergie solaire basée sur l’espace une option compétitive, où la destination finale serait d’atteindre des émissions nettes de gaz à effet de serre nulles. 

Certains goulets d’étranglement technologiques que la NASA a identifiés pour les chercheurs et les technologistes actifs dans ce domaine pour travailler sont les suivants :

• Ils devraient trouver des moyens pour que de grands systèmes soient assemblés et entretenus en orbite.
• Des recherches seraient nécessaires pour que ces systèmes fonctionnent de manière autonome et aient un rayonnement d’énergie efficace pour apporter l’énergie récoltée sur Terre. 
• Le rapport de la NASA souligne également qu’avant de mettre en œuvre des systèmes d’énergie solaire basée sur l’espace, il est important de résoudre les coûts de lancement et de construction. En effet, envoyer tout ce matériel dans l’espace nécessiterait de nombreuses missions continues pour transporter les infrastructures en orbite.

Le rapport de la NASA estime que les systèmes d’énergie solaire basée sur l’espace pourraient devenir pleinement productifs et opérationnels d’ici 2050. Grâce au rapport, certaines des avancées réalisées dans ce domaine sont venues à la lumière. Par exemple, il nous a rappelé que les scientifiques de la JAXA ont prouvé qu’il était possible de transmettre de l’énergie sans fil avec précision sous forme de micro-ondes sur une distance notable pour finalement la convertir en électricité utilisable. 

En prolongeant l’essence de cette réalisation, les scientifiques de Caltech, en mars 2023, ont présenté le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) comme le premier vaisseau spatial à transmettre sans fil l’énergie solaire récoltée dans l’espace à la Terre.

La NASA a également fourni certaines estimations sur la faisabilité économique de l’énergie solaire basée sur l’espace. Certains des experts attachés intimement à ce domaine depuis longtemps ont contesté ces estimations. Cependant, il n’y a eu aucun déni des avantages que ce système de production d’énergie promet de livrer. Il pourrait aider dans les secours en cas de catastrophe, l’alimentation de capteurs distants, et supprimer les goulets d’étranglement existants de notre système traditionnel de production d’énergie et de sa chaîne d’approvisionnement. 

En regardant ses avantages, les gouvernements nationaux de tous les pays développés ont commencé à investir dans ce domaine. De grandes entités commerciales qui ont les ressources pour investir, comme Airbus et Northrop Grumman, ont également travaillé sans relâche sur ce sujet. 

Nous allons maintenant examiner certains de leurs réalisations dans les segments à venir. Cependant, il est important de garder à l’esprit qu’il s’agit d’un espace en évolution et que de nombreuses entreprises sont encore à l’étape de prototypage.

#1. Airbus Power Beaming

L’une des principales entreprises à travailler sur l’avancement de la technologie solaire pour rendre les solutions basées sur l’espace possibles est Airbus. Sa technologie Power Beaming, développée par le département Central Research & Technology et les départements Blue Sky, a fait des démonstrations crédibles de la façon dont cela pourrait être un facteur de changement dans la scène de la technologie solaire basée sur l’espace. 

Selon Jean-Dominique Coste, qui est responsable du développement de Power Beaming avec Yoann Thueux et leurs collègues : 

“Le potentiel de la technologie est de capter la lumière du soleil et de la transmettre sans fil.” 

Ces scientifiques pensent que cette solution énergétique pourrait être capable de fournir suffisamment d’électricité aux villes, usines, ménages et avions. 

Les développeurs de technologie d’Airbus ont tout d’abord démontré Power Beaming à l’usine d’innovation X-Works de l’entreprise le 27 septembre 2022. Même si cela a été réalisé à une échelle plus petite, la démonstration a pu expliquer suffisamment ce qu’il fallait pour faire fonctionner le rayonnement de puissance. 

Coste, Thueux et leurs collègues ont utilisé le rayonnement micro-ondes pour transmettre l’énergie verte entre deux points qui représentaient « l’espace » et la « Terre ». La distance entre ces deux points était de 36 mètres. La démonstration a également produit de l’hydrogène vert pour alimenter une ville modèle. 

Une fois la démonstration terminée, Yoann Thueux a déclaré : 

“Maintenant que nous avons réussi à tester les briques clés d’un futur système d’énergie solaire basée sur l’espace à petite échelle pour la première fois, nous sommes maintenant prêts à passer Power Beaming à l’étape suivante.”

Airbus s’attend à ce que cette technologie devienne une réalité prochainement. Elle pense que les premiers prototypes opérationnels de Power Beaming seront disponibles pour utilisation d’ici le début des années 2030. 

Dans sa forme appliquée ultime, la technologie aurait un panneau solaire placé sur l’orbite géostationnaire, à environ 36 000 km au-dessus de la Terre. Ce panneau solaire serait jumelé avec un panneau solaire de la même taille sur Terre. 

L’énergie collectée dans l’espace serait transmise vers une zone qui aurait de nombreuses antennes réparties à travers elle. Ces antennes capteraient les faisceaux pour que l’énergie soit réassemblée pour produire de l’électricité. 

Une fois que le système atteint une échelle spécifique, il coûterait autant pour produire de l’énergie avec lui qu’il en coûte dans les grands projets d’énergie sur Terre qui dépendent de l’énergie nucléaire, du pétrole ou d’autres sources d’énergie renouvelable. Selon les estimations, une seule ferme solaire géostationnaire générerait autant que deux gigawatts d’électricité. 

Le 15 février 2024, Airbus a publié ses résultats annuels 2023, avec des revenus annuels de 65,4 milliards, et un EBIT ajusté de 5,8 milliards d’euros. 

#2. Northrop Grumman

Une autre grande entité mondiale à avoir terminé les tests nécessaires pour valider ses capacités en technologie solaire spatiale est Northrop Grumman. L’entreprise a réussi à démontrer sa capacité à transmettre de l’énergie radiofréquence vers différentes antennes en dirigeant le faisceau. Elle est confiante dans sa capacité à présenter son prototype d’ici 2025. 

Ce prototype démontrera la capacité de l’entreprise à transmettre de l’énergie RF vers la planète. La technologie est développée par Northrop Grumman’s Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR). 

Selon Tara Theret, la directrice du programme pour SSPIDR : 

“Maintenant, il ne s’agit que de construire, de tester et d’intégrer le reste du matériel sur un calendrier difficile.”

Les travaux à venir dans ce processus incluent la miniaturisation des composants électroniques et l’augmentation du nombre de « tuiles sandwich ». Les tuiles sandwich ne sont rien d’autre que des panneaux de cellules photovoltaïques qui collectent l’énergie solaire et transmettent de l’énergie à la couche suivante, qui ont des composants qui permettent la conversion solaire-RF et aident à former les faisceaux. 

L’entreprise fabrique également le matériel de vol nécessaire pour assembler le système et le lancer sur la plate-forme ESPAStar de l’entreprise. La plate-forme ESPAStar est un bus de satellite qui permet aux charges utiles d’avoir la propulsion, l’alimentation, le contrôle d’attitude et la communication nécessaires. 

Dans une validation du travail qu’elle a effectué, le laboratoire de recherche de l’US Air Force a encouragé les efforts de Northrop Grumman avec un contrat de 100 millions de dollars en 2018, par lequel elle développerait une charge utile pour démontrer les composants clés du prototype du système d’énergie solaire basée sur l’espace.

Les autorités de l’armée de l’air visaient à catalyser les efforts de développement nécessaires pour construire un prototype de système basé sur l’espace qui pourrait alimenter les bases militaires américaines avec de l’énergie solaire. 

Dans l’ensemble, en soulignant le potentiel que les solutions basées sur l’espace dans la technologie solaire détiennent pour l’avenir, Tara Theret a déclaré : 

“Le rayonnement de l’énergie solaire basée sur l’espace a le potentiel de fournir de l’énergie partout sur Terre à tout moment. Cette technologie pourrait rendre l’énergie disponible dans les endroits reculés qui ont besoin d’équipement médical et de communication.”

Northrop Grumman a enregistré des ventes totales de 36,6 milliards de dollars pour l’année se terminant le 31 décembre 2022. Le chiffre d’affaires généré par le flux d’activité des systèmes spatiaux était d’environ 12,3 milliards de dollars, une augmentation notable par rapport aux 10,6 milliards de dollars de l’année précédente. Sur les 12,3 milliards de dollars de chiffre d’affaires générés en 2022, 94 % provenaient du gouvernement américain, tandis que les 3 %, 2 % et 1 % restants provenaient des ventes internationales, des ventes à d’autres clients et des ventes intersegmentaires, respectivement. 

#3. CESI

CESI, basé à Milan, en Italie, a trois décennies d’expérience dans la recherche, le développement et la production de cellules solaires très efficaces pour les applications spatiales. Plus important encore, il s’agit de l’un des principaux fournisseurs mondiaux de cellules à jonction multiple qui utilisent l’arséniure de gallium et le phosphure de gallium-indium. 

CESI dispose d’une gamme de cellules spatiales à jonction triple. Ces cellules, outre l’arséniure de gallium et le phosphure de gallium-indium, incluent également du germanium. Ces cellules se révèlent efficaces pour les satellites en orbite terrestre basse et en orbite géostationnaire. Ces produits sont également conformes aux normes ECSS E ST20-08C requises. CESI est maintenant en route pour lancer des cellules à jonction quadruple qui auront des niveaux d’efficacité plus élevés que les cellules à jonction triple. 

À l’avenir, CESI vise à offrir une vaste gamme de produits de cellules solaires spatiales qui répondront à toutes les exigences des programmes spatiaux. À ce jour, les efforts de CESI ont abouti à plus de 200 000 cellules solaires, alimentant plus de 70 satellites civils pour des clients répartis dans 25 pays. 

CESI dispose de sa propre technologie pour fabriquer des cellules solaires à Milan. Au fil des ans, elle a construit un réseau étroit et profond avec de nombreuses agences spatiales et acteurs internationaux. 

Comme Northrop Grumman, CESI travaille également avec le gouvernement national italien et a reçu des financements de l’Agence spatiale italienne (ASI) et de l’Agence spatiale européenne (ESA). Elle a fabriqué des cellules solaires avancées pour répondre aux besoins du programme spatial européen et de nombreuses missions interplanétaires. 

Selon la dernière divulgation financière disponible, l’entreprise a généré un chiffre d’affaires de plus de 87 millions de couronnes tchèques pour l’année financière se terminant le 31 décembre 2022. 

Avancées dans la technologie solaire spatiale : la route à suivre

La technologie solaire spatiale a trouvé sa place en prouvant sa valeur à la communauté mondiale, ce qui a conduit les gouvernements nationaux du monde entier à commencer à investir dans ce domaine avec beaucoup d’enthousiasme. Aux États-Unis, cela s’est traduit par une action lorsque le Naval Research Laboratory a mené une expérience en 2020 pour capter la lumière du soleil et la convertir en énergie électrique continue. Il a utilisé l’avion spatial X-37B de l’armée de l’air pour cela. 

Pendant ce temps, les efforts internationaux gagnent également en élan. Les autorités chinoises ont fixé des objectifs ambitieux avec leur plan de démonstration basée sur l’espace pour 2028, mené par l’Académie chinoise de technologie spatiale. En Europe, Solaris se démarque comme un programme de recherche bien financé de trois ans, ayant reçu le feu vert de l’Agence spatiale européenne. Le Royaume-Uni est également dans la course, car il a offert des subventions pour des études sur l’exploitation de l’énergie solaire dans l’espace. 

Évidemment, des entreprises innovantes, de grandes organisations mondiales et des gouvernements du monde entier travaillent ensemble pour capter et exploiter l’énergie que l’espace a à offrir. Avec une énergie solaire ininterrompue et inutilisée qui attend d’être exploitée et utilisée pour le bénéfice de la planète, l’avenir semble effectivement prometteur.

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