COP28 : Les objectifs climatiques de l’Europe incluront-ils l’énergie solaire spatiale ?

La COP28 a débuté jeudi à Dubaï, et il est malheureusement peu probable que la question de l’énergie solaire spatiale soit véritablement débattue. L’idée de récolter l’énergie solaire en orbite et de la renvoyer sur Terre existe depuis la fin des années 1960. C’est en effet à cette époque que l’ingénieur aérospatial américain Peter Glaser a proposé pour la première fois d’exploiter le rayonnement solaire depuis l’espace.

C’est tout à fait logique. Le flux solaire moyen dans l’espace est cinq fois supérieur à celui des endroits les plus ensoleillés de la Terre. En 1968, si l’humanité avait repris l’idée de Glaser, nous disposerions de plus d’énergie que nous n’aurions jamais pu l’imaginer.

Mais enfin, un acteur majeur, l’Agence spatiale européenne (ESA), prend l’idée au sérieux et a financé une étude de faisabilité visant à mettre en orbite une constellation de satellites solaires basés dans l’espace d’ici 2040.

Thales Alenia Space, leader du secteur, indique qu’il dirige un consortium financé par l’ESA afin d’étudier les technologies qui permettraient d’installer des panneaux solaires spatiaux à haut rendement, de transmettre l’énergie sans fil et de robotiser l’assemblage en orbite. L’énergie solaire spatiale pourrait produire 800 térawattheures par an d’ici à 2050, ce qui aiderait l’Europe à parvenir à son objectif « zéro émission nette ».

Qu’est-ce qui a changé au cours de la dernière décennie pour que l’on s’intéresse enfin à cette idée ?

La crise du changement climatique et la sécurité énergétique (la nécessité de disposer de sources d’énergie fiables et accessibles) signifient que les combustibles fossiles ne sont plus considérés comme viables, a expliqué dans un courriel à Forbes, Roger Ward, directeur technique de Thales Alenia Space U.K.

L’économie reste un défi

Selon Thales Alenia, la production d’un mégawatt d’électricité nécessite 3 000 mètres carrés de surface de collecte dans l’espace.

D’un point de vue économique, c’est encore assez difficile, parce que les systèmes spatiaux sont assez chers, affirme Xavier Roser, responsable de la ligne de produits pour l’exploration, la science et les services en orbite chez Thales Alenia Space Cannes. Cependant, les coûts de lancement devraient diminuer grâce à un nouveau lanceur européen réutilisable.

L’étude déterminera également quels segments du marché pourraient supporter les coûts moyens du kilowatt associés à la production d’énergie solaire dans l’espace.

Deux concepts architecturaux de base sont envisagés pour une constellation de satellites commerciaux d’énergie solaire dans l’espace.

La première viserait simplement à faciliter la collecte en orbite du rayonnement solaire optique qui serait ensuite réfléchi vers la Terre. Il s’agit essentiellement de la lumière solaire réfléchie. Cette idée fonctionne bien avec les satellites en orbite terrestre basse. Cette lumière solaire réfléchie serait renvoyée vers de grands panneaux solaires sur Terre, où elle pourrait être convertie en électricité et distribuée par les réseaux électriques conventionnels.

Et si le temps est nuageux ?

Si le temps est nuageux, vous perdrez évidemment en efficacité de collecte, explique M. Roser. Les rendements peuvent chuter de plusieurs dizaines de pour cent, mais le satellite peut toujours renvoyer les photons solaires réfléchis vers les stations terrestres, ajoute-t-il.

Une autre partie de l’étude consiste à rechercher comment convertir la lumière solaire collectée en orbite en micro-ondes qui peuvent être renvoyées vers des antennes au sol.

Pour renvoyer l’énergie solaire au sol sous forme de micro-ondes, les satellites doivent d’abord capter le rayonnement solaire et le convertir en électricité. Thales Alenia explique que cette énergie électrique est ensuite convertie en faisceaux de micro-ondes à haute énergie qui sont renvoyés vers des antennes de réception au sol.

Bien que ce processus en deux étapes ne semble pas réellement prometteur, la conversion des micro-ondes en électricité a été testée avec succès. Dans un article publié en 2020 dans la revue Materials Science and Engineering, les auteurs notent que les micro-ondes peuvent être dirigées vers n’importe quel endroit souhaité, qu’elles peuvent être collectées et reconverties en électricité et que, contrairement à la lumière solaire réfléchie, elles peuvent traverser sans encombre les nuages et les précipitations.

Une fois que les micro-ondes sont absorbées par des collecteurs au sol constitués de semi-conducteurs, elles sont converties en courant électrique pour être distribuées.

M. Roser s’attend à ce que, compte tenu de l’étendue du territoire nécessaire à l’installation de ces collecteurs au sol, ceux-ci soient placés dans les régions les plus arides d’Europe, telles que l’Espagne, qui compte de nombreuses zones désertiques. Ces collecteurs terrestres auraient un diamètre de dix à vingt kilomètres.

Pour ramener au sol l’énergie produite en mégawatts, il faudrait une constellation de satellites collectant l’énergie solaire en orbite. Ces constellations comprendraient probablement des dizaines ou des centaines de satellites individuels, pour un coût de plusieurs dizaines de milliards d’euros.

Les faisceaux de micro-ondes présentent de nombreux avantages : ils peuvent être continus et sont peu sensibles aux nuages, explique M. Roser. Mais le coût de l’infrastructure micro-ondes est également plus élevé que celui de la lumière solaire réfléchie, car au lieu d’ajouter simplement des réflecteurs, vous avez des panneaux solaires, plus des systèmes de radiofréquence à bord, ce qui rend le système plus complexe, ajoute-t-il.

L’étape suivante ?

Il est peu probable que l’ESA s’engage à financer intégralement l’énergie solaire dans l’espace avant 2025 au plus tôt.

« En orbite, nous devons encore construire des structures d’un ordre de grandeur supérieur à celui de la station spatiale internationale. Et au sol, nous avons besoin de grandes antennes de réception. On ne sait pas encore quelle sera la perception de ces systèmes par le public. En tant qu’ingénieur spécialisé dans les engins spatiaux, je pense évidemment à l’infrastructure spatiale et à la manière dont nous l’assemblerons de manière robotisée, ainsi qu’au contrôle d’une structure aussi gigantesque », explique M. Ward.

La technologie pourrait donc d’abord être testée sur la Lune, afin de produire de l’énergie électrique in situ pour les futurs habitats lunaires et les efforts de colonisation.

« Des satellites de moyenne altitude en orbite autour de la Lune permettraient de fournir des dizaines de kilowatts d’énergie aux infrastructures terrestres pendant les longues nuits lunaires », explique M. Roser. Selon lui, les premiers clients terrestres seront probablement les grandes compagnies d’électricité existantes, qui auront également les moyens de distribuer l’électricité le long de leurs réseaux.

Quand aura lieu la première mission d’essai en orbite terrestre ?

La première mission d’essai en orbite terrestre ne devrait pas avoir lieu avant 2030. La première constellation complète de satellites solaires en orbite terrestre devrait voir le jour d’ici 2040.

Article traduit de Forbes US – Auteur : Bruce Dorminey

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