Le solaire spatial pourrait devenir la voie royale du futur énergétique des humains sur la planète Terre.
Dans une nouvelle publiée en 1941, l’écrivain de science-fiction Isaac Asimov fut le premier à imaginer une centrale solaire spatiale capable de produire de l’électricité et de la rediriger vers la Terre. Cette prévision pourrait se réaliser dès ce siècle.
Plus de la moitié de l’énergie nous parvenant du soleil est perdue par absorption ou réflexion dans l’atmosphère terrestre. Dans l’espace sidéral cette déperdition n’existe pas. De plus, avec des capteurs solaires placés en orbite terrestre de façon telle qu’ils ne voient pas la nuit, il est possible de collecter le rayonnement solaire en permanence. Une centrale solaire est donc bien plus efficace dans l’espace que sur Terre.
Dans les années 1970, les scientifiques de la NASA démontrèrent qu’il était techniquement possible de construire une telle centrale dans l’espace à haute altitude pour produire de l’électricité et la transmettre par rayonnement, micro-onde ou laser, à une antenne réceptrice sur terre. A l’époque, un tel projet n’était cependant pas réaliste d’un point de vue économique et il finit par être abandonné. Depuis cinquante ans, la technique du photovoltaïque et celles de transfert d’énergie sans fil ont cependant fait de gros progrès. De même, l’industrie spatiale a considérablement abaissé les coûts de lancement d’une station orbitale. Les recherches pour développer le solaire spatial ont donc repris activement aux USA, en Chine, au Japon, en Russie, en Inde et en Europe.
La première transmission de l'énergie électrique depuis l'espace a été faite par le Caltech (California Institute of Technology). Son module de démonstration (Space Solar Power Demonstrator) mis en orbite par la NASA en janvier 2023, est parvenu à transmettre vers la Terre l'énergie captée par des panneaux solaires dans l'espace . Ce transfert a été réalisé sous forme d’un faisceau micro-onde produit par 32 émetteurs pilotés par des puces électroniques. La quantité d’électricité transmise est encore très faible (moins d'un watt) mais l'expérience est historique. Elle confirme que la transmission sur Terre d’une énergie collectée et concentrée dans l’espace est possible.
Principe du concentrateur symétrique du module de démonstration (Nasa)
Une des idées des chercheurs est de déployer dans l’espace 2500 modules ultra légers pour former un tapis volant de 9 kilomètres carrés, capable de capter l’énergie du soleil 24h/24 pour la renvoyer sous forme d’ondes à la Terre où elles seront reconverties en énergie électrique.
L’énergie solaire spatiale pouvant être diffusée vers n’importe quel endroit sur terre, les scientifiques du Caltech pensent qu’il sera possible d’alimenter par la voie des airs d’innombrables stations au sol qui redistribueront l’énergie aux réseaux électriques locaux. Un peu comme les satellites de télécommunication peuvent transmettre l’Internet ou les appels téléphoniques à nos smartphones. Des antennes réceptrices pourraient être placées sur les toits des entreprises ou des particuliers pour capter les ondes envoyées par la centrale spatiale et les convertir en électricité pour les usages industriels ou domestiques. Mieux, il serait possible d’intégrer la réception dans des installations existantes, par exemple dans les panneaux solaires terrestres qui seraient ainsi opérationnels nuit et jour ou encore d’utiliser les clôtures filaires des exploitations agricoles comme antennes réceptrices.
Les États-Unis ne sont pas seuls dans la course au solaire spatial. La Chine, en particulier, est également très active. Selon le South China Morning Post , le lancement d’une station solaire spatiale d’une puissance initiale de 1 mégawatt est planifié pour 2030/2040. La station équipée d’une surface de panneau solaire d’une dizaine de km2 sera placée en orbite à 36 000 km de la terre et sa puissance sera portée progressivement à 1 gigawatt d’ici 2049.
Dans le cadre de son programme SOLARIS, l’Agence spatiale européenne étudie également la possibilité d'exploiter l'énergie solaire captée par des satellites. Parmi les options possibles, l'une semble plus aisée et plus rapide à mettre en œuvre que le solaire spatial de haute altitude. Elle consiste à capter l'énergie du soleil à l'aide de grands miroirs placés en orbite terrestre basse et de renvoyer des flux d'énergie concentrée sur des stations voltaïques terrestres existantes ou à construire.
Concept SPSB (Space Based Solar Power
source Arthur D. Little
Le dispositif envisagé comprend une flotte de 4 000 miroirs ronds, de 1 kilomètre de diamètre chacun, placés sur une orbite à 890 kilomètres de la Terre. L'énergie collectée et concentrée serait transmise à plusieurs centaines de parcs solaires terrestres comme celui de Saragosse-Teruel, d’une puissance de 2 680 mégawatts, en développement en Aragon (Espagne).
Selon le cabinet Arthur D. Little qui a confirmé la viabilité du concept, un premier miroir d’environ 200 m de diamètre pourrait voir le jour dès la fin 2025, afin de tester l’envoi et le déploiement des miroirs. Puis, d’ici à fin 2026, l’envoi de 5 réflecteurs de la taille cible afin d’évaluer la navigabilité d’une flotte de miroirs. Enfin, d’ici à 2030, interviendrait la première livraison de démonstrateurs de réflexion solaire pour un premier usage terrestre.
L’essor de l’industrie spatiale prévu à partir des années 2030, devrait permettre la construction à grande échelle des centrales solaire orbitales d’ici la fin du siècle. Compte-tenu du rendement élevé de la conversion de l’énergie solaire dans l’espace et de sa disponibilité sans intermittence, les experts estiment que le prix du kWh spatial pourrait alors devenir compétitif et supplanter à terme toute autre forme d’énergie, qu’elle soit issue de sources renouvelables (éolien, géothermique, hydraulique, etc.) ou fossiles (pétrole, gaz, charbon).
Pour en savoir plus sur les révolutions technologiques à venir : L'Apogée
Le soleil brille pour tout le monde.
Proverbe français
Solaire spatial haute altitude
Les avantages du solaire en haute altitude (à quelques dizaines de milliers de km du sol terrestre) sont nombreux :
- Pas de nuit, donc pas d’intermittence de la production.
- Pas d’atmosphère donc rendement élevé des panneaux en orbite stationnaire : (environ 50% contre 15% pour le solaire terrestre).
- L’énergie peut être diffusée vers n’importe quel endroit de la terre.
source : ESA, (CC BY-SA IGO 3.0,)
L'Histoire thématique
La révolution technologique, qui se déroule sous nos yeux, va bouleverser nos modes de vie et refonder la civilisation humaine. L'ouvrage décrit les bouleversements auxquels la génération actuelle sera confrontée dans les années à venir et durant lesquelles le destin de l’humanité va se jouer. Au-delà d’une synthèse remarquable sur tous les changements en cours dans notre monde actuel, les auteurs incitent à la réflexion. Quelle société sommes-nous en train de construire ? Quel futur ne voudrait-on pas ? Quel avenir serait souhaitable ?
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