Les progrès de la technologie solaire rendent les solutions spatiales plausibles

Depuis un certain temps déjà, des recherches approfondies sur les moyens de capturer et d'utiliser énergie solaire spatiale est en cours. Les scientifiques et les experts en technologie estiment que l’énergie solaire spatiale pourrait constituer un complément efficace à l’ensemble des sources d’énergie durables disponibles. 

Fonctionnellement, l'installation comporterait des panneaux de collecte et de récupération d'énergie aux niveaux orbitaux, qui renverraient l'énergie solaire à leurs homologues récepteurs placés sur la planète Terre. Et puisqu’il s’agit de l’espace, de la planète Terre et de la voie de transmission entre ces deux points, il doit être constitué de solutions technologiques sophistiquées. 

Il est prometteur que les progrès réalisés dans le domaine de la technologie solaire dans le monde entier rendent plausible la production d’énergie solaire spatiale. Mais avant de les approfondir, jetons un coup d’œil rapide à ce que signifient les solutions d’énergie solaire spatiales et quels sont leurs avantages. 

L'énergie solaire spatiale et ses avantages

Selon les données présentées par le Département américain de l’énergie, chaque heure sur Terre, nous recevons plus d’énergie solaire que nous ne pouvons en utiliser en un an. Près de 30 % de cette énergie retourne inutilisée dans l’espace par l’atmosphère. Cette énergie peut être captée et utilisée efficacement si nous mettons en place de solides mécanismes d’énergie solaire spatiale. 

Dans ce système, les panneaux solaires installés sur satellite peuvent capter et transmettre davantage d'énergie que les panneaux solaires placés à la surface de la Terre. Leurs performances sont supérieures grâce à leur localisation dans l'espace. Selon la description de la DEA, ces panneaux : 

"Équipés de panneaux solaires, les satellites transmettant l'énergie collectent un rayonnement solaire de haute intensité et ininterrompu." 

L’approvisionnement est ininterrompu car, dans l’espace, il n’y a ni nuages ​​ni nuit. 

La technologie consiste à déployer des miroirs géants qui réfléchissent d’énormes quantités de rayons solaires sur des capteurs solaires plus petits afin qu’ils puissent être transmis sans fil vers la Terre de manière sûre et contrôlée, sous forme de faisceau micro-ondes ou laser. 

Ce processus faisant appel à une technologie sophistiquée, il attire des solutions innovantes du monde entier. La NASA a maintenant a publié un rapport sur l'énergie solaire spatiale de se doter des « informations dont elle a besoin pour déterminer comment elle peut soutenir le développement de ce domaine de recherche ».

Le rapport tente d’évaluer les paramètres qui auraient un rôle crucial à jouer pour faire de l’énergie solaire spatiale une option compétitive, dont la destination finale serait d’atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre. 

Certains goulots d'étranglement technologiques que la NASA a identifiés sur lesquels les chercheurs et technologues actifs dans ce domaine doivent travailler sont les suivants :

• Ils devraient trouver des moyens d’assembler et de maintenir de grands systèmes en orbite.
• Des recherches seraient nécessaires pour que ces systèmes fonctionnent de manière autonome et disposent d’un rayonnement efficace pour acheminer l’énergie récoltée vers la Terre. 
• Le rapport de la NASA souligne également qu'avant de mettre en service des systèmes d'énergie solaire spatiaux, il est important de s'attaquer aux coûts de leur lancement et de leur construction. En effet, l'envoi de tout ce matériel dans l'espace nécessiterait de nombreuses missions continues pour acheminer l'infrastructure en orbite.

Le rapport de la NASA estime que les systèmes d'énergie solaire spatiaux pourraient devenir pleinement productifs et opérationnels d'ici 2050. Grâce au rapport, certaines des avancées marquantes réalisées dans ce domaine ont été mises en lumière. Par exemple, cela nous a rappelé les scientifiques de la JAXA qui 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 transformer en électricité utilisable. 

Poursuivant l'essentiel de cette réalisation, les scientifiques de Caltech ont proposé, en mars 2023, le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), le premier vaisseau spatial à transmettre sans fil l'énergie solaire récoltée dans l'espace vers la Terre.

La NASA a également proposé des estimations sur la faisabilité économique de l’énergie solaire spatiale. Certains des experts étroitement liés à ce domaine depuis longtemps ont également contesté ces estimations. Cependant, les avantages que ce système de production d’électricité promet d’apporter n’ont pratiquement pas été niés. Cela pourrait contribuer aux secours en cas de catastrophe, en alimentant des capteurs à distance et en supprimant les goulots d'étranglement existants de notre système de production d'énergie traditionnel et de sa chaîne d'approvisionnement. 

Compte tenu de ses avantages, les gouvernements nationaux de tous les pays développés ont commencé à y investir. De grandes entités commerciales qui disposent des ressources nécessaires pour investir, comme Airbus et Northrop Grumman, y travaillent également sans relâche. 

Nous allons maintenant examiner certaines de leurs réalisations dans les segments à venir. Cependant, il faut garder à l’esprit qu’il s’agit d’un espace en évolution et que bon nombre des efforts en sont encore au stade du prototypage.

# 1. Transmission de puissance Airbus

L’une des principales entreprises qui travaillent à faire progresser la technologie solaire afin de rendre possibles des solutions spatiales est AirbusSa technologie Power Beaming, développée par les départements Central Research & Technology et Blue Sky de la société, a démontré de manière crédible comment cela pourrait changer la donne dans le domaine de la technologie solaire spatiale. 

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

"Le potentiel de cette technologie est de capter la lumière du soleil et de la transmettre ensuite sans fil." 

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

Les développeurs de la technologie Airbus ont fait la première démonstration du Power Beaming à l'usine d'innovation X-Works de l'entreprise le 27 septembre 2022. Même si elle a été réalisée à plus petite échelle, la démonstration a pu expliquer suffisamment ce qu'il fallait pour faire fonctionner le Power Beaming. 

Coste, Thueux et leurs collègues ont utilisé des micro-ondes pour transmettre de l'énergie verte entre deux points représentant 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 manifestation terminée, Yoann Thueux a déclaré : 

"Maintenant que nous avons testé avec succès pour la première fois les éléments clés d'un futur système d'énergie solaire spatial à petite échelle, nous sommes maintenant prêts à faire passer le Power Beaming au niveau supérieur."

Airbus espère que cette technologie deviendra bientôt une réalité. L’entreprise estime que les premiers prototypes Power Beaming opérationnels seront disponibles au début des années 2030. 

Dans sa forme appliquée ultime, la technologie consisterait à placer un panneau solaire sur une orbite géostationnaire, à environ 36,000 XNUMX km au-dessus de la Terre. Ce panneau solaire sera couplé à un panneau solaire de même taille sur Terre. 

L’énergie collectée dans l’espace serait diffusée sur une zone traversée par de nombreuses antennes. Ces antennes capteraient les faisceaux pour que l'énergie soit réassemblée pour produire de l'électricité. 

Une fois que ce système atteint une échelle spécifique, il coûterait le même prix pour produire de l’énergie avec lui que pour des projets énergétiques à grande échelle sur Terre qui dépendent de l’énergie nucléaire, du pétrole ou d’autres sources d’énergie renouvelables. Selon les estimations, un parc solaire géostationnaire produirait jusqu’à deux gigawatts d’électricité. 

En Février 15, 2024, Airbus publié ses résultats annuels 2023, avec un chiffre d'affaires annuel de 65.4 milliards, avec un EBIT ajusté de 5.8 milliards d'euros. 

# 2. Northrop Grumman

Une autre entité mondiale majeure qui a réalisé les tests nécessaires pour valider ses capacités technologiques spatiales solaires est Northrop Grumman. L’entreprise a démontré avec succès sa capacité à transmettre de l’énergie radiofréquence vers diverses antennes en dirigeant le faisceau. Elle est confiante de pouvoir proposer son prototype d’ici 2025. 

Ce prototype démontrerait la capacité de l'entreprise à diffuser de l'énergie RF vers la planète. Cette technologie est développée par Northrop Grumman's Démonstrations et recherches incrémentielles sur l'énergie solaire spatiale (SSPIDR). 

Selon Tara Theret, directrice du programme SSPIDR : 

« Il s'agit désormais de construire, de tester et d'intégrer le reste du matériel dans un délai serré. »

D'autres travaux doivent encore être réalisés dans ce processus, notamment la réduction de la taille 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 la transmettent à la couche suivante, laquelle est dotée de composants permettant la conversion solaire-RF et contribuant à la formation des faisceaux. 

L'entreprise fabrique également le matériel de vol nécessaire à l'assemblage du système et à son lancement sur sa plateforme ESPAStar. Cette plateforme est un bus satellite qui fournit aux charges utiles la propulsion, l'énergie, le contrôle d'attitude et les communications nécessaires. 

Pour valider le travail 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 il développerait une charge utile pour démontrer les composants clés du prototype de système d'énergie solaire spatiale.

Les autorités de l’Air Force avaient pour objectif de catalyser les efforts de développement nécessaires à la construction d’un prototype de système spatial capable d’alimenter les bases militaires américaines grâce à l’énergie solaire. 

Dans l’ensemble, en soulignant le potentiel que représentent les solutions spatiales en matière de technologie solaire pour l’avenir, Tara Theret a déclaré : 

« Les rayons solaires spatiaux ont le potentiel de fournir de l’énergie n’importe où sur Terre et à tout moment. Cette technologie pourrait rendre l’électricité accessible aux sites éloignés qui ont besoin d’équipements médicaux et de communication.

Northrop Grumman ventes totales enregistrées de 36.6 milliards de dollars US pour l'exercice clos le 31 décembre 2022. Le chiffre d'affaires du secteur des systèmes spatiaux a atteint près de 12.3 milliards de dollars US, soit une augmentation notable par rapport aux 10.6 milliards de dollars US de l'année précédente. Sur les 12.3 milliards de dollars US de chiffre d'affaires réalisés en 2022, 94 % provenaient du gouvernement américain, tandis que les 3 %, 2 % et 1 % restants provenaient respectivement des ventes internationales, des ventes à d'autres clients et des ventes intersegments. 

# 3. CESI

CESI, basé à Milan, en Italie, possède trois décennies d'expérience dans la recherche, le développement et la production de cellules solaires hautement efficaces pour les applications spatiales. Plus important encore, il s’agit de l’un des fournisseurs mondiaux les plus recherchés de cellules multi-jonctions utilisant l’arséniure de gallium et le phosphure d’indium et de gallium. 

CESI propose une gamme de cellules spatiales à triple jonction. Ces cellules, outre l’arséniure de gallium et le phosphure d’indium et de gallium, comprennent également du germanium. Ces cellules s'avèrent 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 actuellement en route pour déployer quatre cellules à jonction qui auront des niveaux d'efficacité supérieurs à ceux de trois cellules à jonction. 

À l'avenir, CESI ambitionne de proposer une vaste gamme de cellules solaires spatiales répondant à tous les besoins des programmes spatiaux. À ce jour, les efforts de CESI ont permis de produire plus de 200,000 70 cellules solaires, alimentant plus de 25 satellites civils pour des clients répartis dans XNUMX pays. 

CESI dispose de sa technologie exclusive pour fabriquer des cellules solaires à Milan. Au fil des années, elle a bâti un réseau étroit et profond avec de nombreuses agences et acteurs spatiaux internationaux. 

À l'instar de Northrop Grumman, le CESI collabore avec le gouvernement italien et a reçu des financements de l'Agence spatiale italienne (ASI) et de l'Agence spatiale européenne (ESA). Il a fabriqué des cellules solaires de pointe pour répondre aux besoins du Programme spatial européen et de nombreuses missions interplanétaires. 

Selon les dernières disponibles divulgation financière, la société a réalisé un chiffre d'affaires de plus de 87 millions de couronnes tchèques au cours de l'exercice clos le 31 décembre 2022. 

Progrès de la technologie solaire spatiale : le chemin à parcourir

La technologie solaire spatiale a trouvé sa place en prouvant son utilité à la communauté internationale, incitant les gouvernements du monde entier à investir dans ce domaine avec enthousiasme. Aux États-Unis, cela s'est concrétisé par une expérience menée en 2020 par le Naval Research Laboratory pour capter la lumière solaire et la transformer en courant électrique continu. L'avion spatial X-37B de l'US Air Force a été utilisé à cette fin. 

Parallèlement, les efforts internationaux prennent également de l’ampleur. Les autorités chinoises se sont fixé des objectifs ambitieux avec leur plan 2028 de démonstration spatiale dirigée par l'Académie chinoise des technologies spatiales. En Europe, Solaris se distingue comme un programme de recherche triennal bien financé, ayant reçu le feu vert de l'Agence spatiale européenne. Le Royaume-Uni est également dans la course, puisqu'il offre des subventions pour des études sur l'exploitation de l'énergie solaire dans l'espace. 

De toute évidence, des entreprises innovantes, de grandes organisations mondiales ingénieuses et des gouvernements du monde entier ont travaillé ensemble pour capter et exploiter l’énergie que l’espace a à nous offrir. Avec une telle énergie solaire ininterrompue et inutilisée qui attend d’être exploitée et exploitée au profit de la planète, l’avenir semble en effet prometteur.

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