De la science-fiction aux hauteurs du ciel: Les panneaux solaires en orbite sont-ils une idée brillante ?

Imaginez exploiter la puissance du soleil non seulement depuis la Terre, mais depuis l’espace même. C’est l’essence de l’énergie solaire spatiale (SSP).

C’est un concept avancé où l’énergie solaire est collectée dans l’immensité de l’espace puis dirigée vers la Terre. Cette méthode contourne les limitations terrestres comme la nuit et les conditions météorologiques, assurant un flux constant et ininterrompu d’énergie solaire.

Bien que cela puisse sembler une idée futuriste, les principes fondamentaux derrière l’ESS sont aussi intemporels que le soleil lui‑même.

Pour définir l’énergie solaire spatiale: il s’agit d’une source d’énergie propre où l’énergie recueillie à partir de la lumière du soleil dans l’espace est transmise sans fil à la Terre.

Le Soleil, avec une durée de vie estimée à 4‑5 milliards d’années, représente une solution énergétique véritablement à long terme. De plus, l’énergie solaire spatiale n’émet pas de gaz à effet de serre et ne dépend pas de ressources en eau douce de plus en plus rares, de terres agricoles précieuses ou d’engrais dérivés du gaz naturel.

Elle ne produit pas non plus de déchets dangereux et, contrairement aux solutions solaires traditionnelles, reste insensible aux nuages, aux variations de lumière du jour ou à la vitesse du vent.

Les opportunités offertes par l’énergie solaire spatiale ont inspiré de nombreuses organisations à développer des solutions autour de ce concept. Parmi les acteurs majeurs du marché de l’énergie solaire spatiale figurent Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, Japanese Aerospace Exploration Agency, Northrop Grumman (NOC ), Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology, et bien d’autres.

Mais avant d’approfondir la compréhension du fonctionnement de ces entreprises et de leurs solutions, passons en revue ce que sont les systèmes d’énergie solaire spatiale et pourquoi ils sont considérés comme viables pour la production d’énergie propre et renouvelable.

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La science derrière les systèmes d’énergie solaire spatiale

Des études indiquent que chaque heure, la Terre reçoit plus d’énergie solaire que l’humanité ne consomme en une année entière. Fait intéressant, l’atmosphère terrestre reflète environ 30 % de cette énergie solaire vers l’espace.

Les systèmes de génération d’énergie solaire spatiale tirent parti de l’abondante énergie solaire qui serait autrement perdue dans l’espace, intacte. En effet, l’absence d’interférences atmosphériques comme les nuages et l’exposition constante à la lumière du soleil sans interruption nocturne rendent ces systèmes basés sur des satellites exceptionnellement efficaces. Ils peuvent capter et transmettre nettement plus d’énergie vers la Terre que les panneaux solaires traditionnels.

Dans ces systèmes de capture et de transmission d’énergie solaire spatiale, les satellites équipés de panneaux possèdent également des capacités de transmission d’énergie. Ils utilisent de grands miroirs pour concentrer d’énormes quantités de rayons solaires sur de plus petits collecteurs solaires. Cette radiation solaire à haute intensité et ininterrompue est ensuite dirigée sans fil vers la Terre de manière sûre et contrôlée.

La viabilité de l’énergie solaire spatiale: innovations techniques

La transmission de l’énergie solaire spatiale est devenue viable grâce aux récentes innovations techniques. Il existe deux types de systèmes de transmission.

Le premier est constitué de satellites solaires transmettant par micro‑ondes, tandis que l’autre utilise des satellites solaires transmettant par laser. Dans les satellites à micro‑ondes, la lumière du soleil se reflète sur les grands miroirs vers le centre du satellite, où elle est transformée en énergie micro‑onde ininterrompue dirigée vers la Terre.

Passant au second type, les satellites transmettant par laser, comme leur nom l’indique, utilisent des lasers au lieu de faisceaux micro‑ondes. Ces satellites fonctionnent généralement en groupe avec d’autres satellites plus petits, en raison de leur taille réduite.

En ce qui concerne la viabilité économique de ces deux configurations, les satellites solaires à laser ont des coûts de démarrage relativement faibles, compris entre US$500 millions et US$1 milliard. Le diamètre plus petit du faisceau laser le rend facile et bon marché à mettre en œuvre au sol.

Cependant, les satellites solaires à micro‑ondes remplissent leur rôle lorsqu’il s’agit de capter et transmettre une puissance stable et ininterrompue à travers la pluie, les nuages et d’autres conditions atmosphériques. Ils peuvent fournir plus d’un gigawatt d’énergie à leur récepteur terrestre, ce qui suffit à alimenter une grande ville.

En discutant de toutes ces avancées, il ne faut jamais oublier que ces merveilles technologiques ne se sont pas réalisées du jour au lendemain. Elles s’appuient sur une longue tradition de recherche scientifique et technologique. Pour comprendre le potentiel futur de l’énergie solaire spatiale, il faut la contextualiser.

Évolution du concept d’énergie solaire spatiale: des débuts à l’état actuel

1970s:

• Les concepts d’énergie solaire spatiale ont commencé à être étudiés aux États‑Unis.

1980s:

• L’Asie a commencé à étudier les concepts d’énergie solaire spatiale.

Late 1990s – Early 2000s:

• 1998: L’étude de définition du concept d’énergie solaire spatiale identifie des concepts crédibles et commercialement viables ainsi que leurs risques techniques et programmatiques associés.

• 1998: L’agence spatiale du Japon développe un système d’énergie solaire spatiale, qui reste actif.

• 1999: Le programme de recherche exploratoire et technologique de la NASA sur l’énergie solaire spatiale est lancé.

Early 2010 to 2020

• 2010: L’Organisation indienne de recherche spatiale commence les travaux préparatoires sur l’énergie solaire spatiale.

• 2012: La Chine propose un développement conjoint de l’énergie solaire spatiale avec l’Inde.

• 2015: Caltech et Northrop Grumman Corporation ont créé l’Initiative d’énergie solaire spatiale, allouant environ US$17,5 millions sur trois ans pour le développement d’un système d’énergie solaire spatiale.

2020s

• 2022: Le Royaume‑Uni annonce son Initiative d’énergie spatiale, visant à lancer sa première station d’énergie spatiale d’ici le milieu des années 2040 et à couvrir 30 % de sa demande électrique grâce à cette source.

• 2022: L’Agence spatiale européenne annonce le programme Solaris, prévoyant de mettre en service des satellites solaires à partir de 2030.

• 2023: Le démonstrateur d’énergie solaire spatiale de CalTech (SSPD‑1) transmet avec succès une puissance détectable vers la Terre.

Tout au long de ces années, divers gouvernements nationaux, départements de recherche universitaires et organisations financées par l’État ont exploré l’infrastructure et les possibilités de l’énergie solaire spatiale.

Des contributions significatives proviennent également d’entreprises comme Northrop Grumman, Airbus et Solaren Corporation dans le développement de cette source d’énergie transformatrice.

Alors que de nombreux programmes d’énergie solaire spatiale émanent de gouvernements nationaux, de départements de recherche universitaires et d’organisations autonomes financées par l’État, des entreprises comme Northrop Grumman, Airbus et Solaren Corporation ont joué des rôles cruciaux dans l’exploitation de cette source d’énergie transformatrice.

Entreprises avec des initiatives transformatrices d’énergie solaire spatiale

1. Northrop Grumman

L’équipe du projet Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) de la société basée à Baltimore, Maryland, Northrop Grumman travaille à rendre la transmission d’énergie solaire depuis l’espace vers n’importe quel point de la Terre une réalité.

Le projet vise à exploiter des cellules photovoltaïques en orbite, hautement efficaces, pour collecter l’énergie solaire et la convertir en énergie radio‑fréquence (RF) qui sera dirigée vers une station de réception sur Terre.

L’entreprise a été un leader dans le développement de systèmes de panneaux solaires clefs en main adaptés à l’espace. Ses sous‑assemblages photovoltaïques intègrent les dernières technologies de soudure ou de brasage automatisés, connectant les cellules solaires en circuits jusqu’à deux mètres de longueur.

Ses cellules interconnectées couvertes offrent l’intégration des cellules solaires et du verre de couverture pour les assemblages CIC.

Elle fabrique également des chaînes de cellules solaires, des assemblages de cartes d’isolation d’aile résistive pour les environnements spatiaux les plus extrêmes, des assemblages de thermomètres à résistance de platine fonctionnant sur toute la plage de température (-185 à >300 °C), et bien plus encore.

Ces innovations ont aidé les initiatives d’énergie solaire spatiale à progresser rapidement et à atteindre leur potentiel.

En 2022, Northrop Grumman a enregistré des ventes de US$36,6 milliards et un bénéfice net ajusté par action de US$25,54. Le résultat net de l’entreprise était d’environ US$5 milliards pour l’exercice 2022.

2. Airbus

Une autre société qui s’est démarquée dans ce domaine est Airbus. Ses solutions de transmission d’énergie visent à aider l’Europe à accéder à davantage d’énergies renouvelables de façon indépendante, avec de nouveaux réseaux énergétiques dans le ciel offrant une approvisionnement énergétique durable 24 h/24. Les premiers prototypes opérationnels de transmission d’énergie d’Airbus pourraient être utilisés dès le début des années 2030.

De plus, Airbus est également un fabricant européen de premier plan de panneaux solaires, d’assemblages photovoltaïques et d’assemblages de cellules solaires pour des applications institutionnelles et commerciales. Il a fabriqué des unités de conditionnement et de distribution d’énergie pour satellites. Il fournit également des systèmes de propulsion électrique et une gamme d’électroniques pour la propulsion électrique, y compris les unités de contrôle et de traitement de l’énergie requises dans les systèmes solaires spatiaux.

Airbus travaille également à la construction de panneaux photovoltaïques avancés, plus légers, plus flexibles et capables de capter davantage d’énergie sur leur surface. Son programme phare, Zephyr, est un pseudo‑satellite à haute altitude alimenté exclusivement par l’énergie solaire.

Tous ces éléments contribuent grandement à faire progresser la cause de l’énergie solaire spatiale à un rythme plus rapide avec une efficacité accrue.

En exercice 2022, Airbus a enregistré un chiffre d’affaires de 58,8 milliards d’euros, avec un EBIT ajusté de 5,6 milliards d’euros. Son flux de trésorerie disponible avant fusions‑acquisitions et financement client s’élevait à 4,7 milliards d’euros. L’entreprise a proposé un dividende de 1,80 euro par action.

3. Solaren Corporation

Innovateur émergent dans ce domaine, Solaren Corporation a développé des méthodes de transmission d’électricité à coût compétitif et zéro émission depuis l’espace.

Au cours des dix prochaines années, Solaren développera, lancera et exploitera la première centrale SSP et vendra l’électricité. Solaren a également acquis des brevets de systèmes SSP de pointe dans des pays tels que les États‑Unis, l’Union européenne, la Chine, le Japon, l’Inde, le Canada et la Fédération de Russie.

Les solutions d’énergie solaire spatiale de Solaren offrent de nombreux avantages. Elles comprennent une alimentation électrique de base propre 24 h/24, à coût compétitif, sans émissions et sans risque de radiation nucléaire. Elles ne nécessitent pas d’eau pour le refroidissement thermique, éliminant ainsi le risque de réchauffement des océans, rivières et lacs.

La solution d’énergie solaire spatiale de Solaren comporte deux composantes: le Satellite d’énergie solaire et la Station de réception au sol. Le satellite utilise des panneaux solaires et une antenne/récepteur RF pour capter et transmettre. La station de réception au sol reçoit l’énergie transmise via ses antennes réceptrices.

En juillet 2023, Solaren a annoncé la réussite de son dernier tour de financement, mené par Skyseed Ventures. Solaren a levé $2.46 million lors de ce tour.

Impact mondial et viabilité de l’énergie solaire spatiale

L’avènement de technologies très avancées autour des systèmes d’énergie solaire spatiale a permis d’alimenter les véhicules spatiaux, satellites, rovers et autres infrastructures spatiales. L’énergie solaire provenant de l’espace peut aider ces systèmes à fonctionner pendant de longues durées sans nécessiter de ravitaillement fréquent à partir de sources d’énergie embarquées.

Les innovations ont réduit le coût du développement de fusées réutilisables, diminuant les dépenses de lancement d’équipements dans l’espace. Le coût de maintenance des architectures de capture et de transmission d’énergie solaire spatiale a également baissé. L’utilisation accrue de la robotique et de l’automatisation jouera un rôle essentiel pour réduire davantage les coûts et augmenter l’efficacité.

Selon les estimations, l’Amérique du Nord domine le secteur avec près de deux‑cinquièmes des revenus mondiaux générés par la région. Cependant, en ce qui concerne les moteurs de croissance futurs, la Chine et l’Inde présentent un fort potentiel.

Défis à surmonter

À l’avenir, les solutions d’énergie solaire spatiale devront surmonter plusieurs goulets d’étranglement cruciaux. L’un d’eux consiste à atteindre l’équilibre parfait entre le coût de production et la performance. Les solutions à transmission laser, moins coûteuses, souffrent d’une faible puissance par satellite, nécessitant plusieurs satellites pour avoir un impact notable. Les solutions à transmission micro‑onde, plus onéreuses, peuvent atteindre des dizaines de milliards de dollars en frais de lancement.

Les solutions à transmission laser, bien que novatrices, peuvent poser des problèmes de sécurité tels que l’éblouissement et le risque de militarisation. En revanche, les solutions à transmission micro‑onde, tout en évitant ces préoccupations spécifiques, exigent un vaste espace, nécessitant des récepteurs terrestres de plusieurs kilomètres de diamètre.

Les satellites à transmission laser subissent également les irrégularités atmosphériques comme les nuages denses ou les pluies. Les solutions à transmission micro‑onde, du fait de la distance requise par rapport à la Terre, sont pratiquement impossibles à réparer.

Tous ces problèmes doivent être dûment traités et résolus. La taille des satellites et des récepteurs terrestres devra diminuer drastiquement sans réduire leurs capacités de capture et de transmission d’énergie.

Le coût doit rester modéré pour que les pays en développement soient plus confiants dans les tests et l’expérimentation de ces technologies. Les dispositions de réparation doivent être renforcées, et les solutions devraient devenir indépendantes des conditions météorologiques dans leurs performances.

Une route prometteuse à l’horizon

Avec de grandes entreprises publiques investissant massivement dans la fabrication de produits et de solutions d’énergie solaire spatiale, l’avenir s’annonce prometteur. L’innovation prospérera et le système deviendra plus efficace et optimal.

Après tout, la force qui pousse les missions d’énergie solaire spatiale à l’échelle mondiale est la cause supérieure de parvenir à la durabilité de la planète grâce aux énergies renouvelables.

Une fois son plein potentiel atteint, l’énergie solaire spatiale pourrait fournir de l’électricité à n’importe quel pays au même coût, sans nécessiter de nouveaux investissements pour la construction de lignes de transmission à longue distance.

Les analystes estiment que l’énergie solaire spatiale peut créer plus de 250 000 emplois technologiques permanents au cours des deux prochaines décennies. En réalité, ce chiffre pourrait être encore plus élevé.

Ainsi, les solutions d’énergie solaire spatiale continueront à occuper une part croissante du marché mondial de l’électricité, estimé à US$2 trillions. Avec un champ d’action grandissant, de plus en plus de fournisseurs de solutions monteront à bord du train SSP. Cela deviendra une manière économiquement viable de résoudre les défis énergétiques auxquels la planète est confrontée aujourd’hui.

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