Pour la première fois, des scientifiques envoient de l’énergie solaire de l’espace vers la Terre
Une équipe du California Institute of Technology (Caltech) se félicite de la première transmission d’énergie sans fil dans l’espace et du fait que, pour la première fois, des niveaux d’énergie détectables ont été transmis à la Terre. Le “projet d’énergie solaire dans l’espace” (SSPP pour Space Solar Power Project) vise à exploiter d’énormes ressources orbitales d’énergie propre.
Image d’entête : à quoi ressemblera le réseau DOLCE une fois déployé. (Caltech)
Une installation solaire orbitale peut capter la lumière du soleil 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, sans être gênée par l’atmosphère ou les conditions météorologiques. En théorie, le potentiel solaire dans l’espace est 8 fois supérieur par mètre carré à celui d’un panneau solaire sur Terre.
C’est pourquoi plusieurs groupes tentent de lancer le projet, en dépit de difficultés considérables. L’une d’entre elles est la taille d’un réseau utilisable. La taille finale d’un réseau solaire spatial commercialement pertinent pourrait être d’environ 9 km², avec des réseaux de récepteurs tout aussi massifs sur Terre pour capter l’énergie transmise à la surface.
Comment fonctionne le transfert d’énergie sans fil ? (Caltech)
Cela pourrait nécessiter jusqu’à 39 lancements, même avec le réseau modulaire intelligent, ultra-léger et auto-déployable sur lequel travaille l’équipe de Caltech. Il s’agirait d’une série de modules, chacun d’environ un mètre cube au lancement, mais capable de se déployer en d’immenses carrés plats, d’environ 50 mètres de côté, avec des cellules solaires d’un côté et des transmetteurs d’énergie sans fil de l’autre.
Prototype de la feuille d’antenne flexible utilisée dans le système, qui permettra à l’ensemble du réseau solaire d’être enroulé pour le lancement et déployé dans l’espace. (Caltech)
Bien entendu, les lancements spatiaux ne sont pas bon marché, et les aspects économiques semblent également difficiles, avec un coût actualisé de l’énergie (LCoE) qui devrait se situer entre 1 et 2 dollars par kWh, soit près de 6 fois le prix de détail de l’électricité aux États-Unis.
Néanmoins, le projet avance à toute vapeur, soutenu par les dons de Donald Bren, président de la société Irvine, d’une valeur de plus de 100 millions de dollars. Il vient d’annoncer les résultats de la première phase d’essais du prototype orbital.
Le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), d’un poids de 50 kg, a été chargé dans un remorqueur spatial Vigoride, de la société américaine Momentus, et envoyé sur une orbite basse par une fusée SpaceX le 3 janvier dernier. Il a été conçu pour tester trois systèmes : le module DOLCE, conçu pour tester les mécanismes de conception et de déploiement des structures légères et pliables que l’équipe SSPP espère utiliser dans un réseau plus important. Il n’a pas encore commencé à se déployer. Le module ALBA a été conçu pour tester un certain nombre de modèles de cellules solaires afin de déterminer celles qui seraient les plus efficaces dans l’espace, et ces tests se poursuivent. Quant au module MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), il a été conçu uniquement pour vérifier les premiers stades de la technologie de transmission d’énergie sans fil qui prendrait l’énergie solaire et la renverrait vers la Terre, précisément dirigée vers des stations réceptrices à la surface, sans aucune pièce mobile au niveau de l’émetteur.
Les ingénieurs chargent la partie DOLCE du SSPD sur le véhicule spatial Momentus Vigoride avant le lancement. (Caltech)
Une partie de cette séquence de tests MAPLE comprenait la démonstration d’un puissant faisceau à courte portée dans lequel un réseau d’émetteurs envoyait de l’énergie à deux réseaux de récepteurs différents, à seulement environ 30 cm des émetteurs. C’était l’occasion de valider la technologie de l’équipe, qui n’utilise rien d’autre que la manipulation de la phase et l’interférence constructive/destructive entre les ondes pour diriger les faisceaux avec précision, dans les températures et l’environnement radiatif difficiles de l’espace. Et bien sûr, l’équipe a été en mesure d’allumer à volonté de petites LED sur chaque récepteur.
L’intérieur de l’expérience spatiale MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), qui émet de l’énergie collectée dans le vide à l’aide d’un réseau d’émetteurs (à droite) vers deux récepteurs (à gauche) afin d’éclairer une LED. (Caltech)
Selon Ali Hajimiri, professeur d’ingénierie électrique et d’ingénierie médicale et codirecteur de l’équipe SSPP :
À notre connaissance, personne n’a jamais démontré le transfert d’énergie sans fil dans l’espace, même avec des structures rigides coûteuses. Nous le faisons avec des structures légères et flexibles et avec nos propres circuits intégrés. C’est une première.
L’unité MAPLE dispose également d’une petite fenêtre à travers laquelle le réseau d’émetteurs a pu envoyer de l’énergie directement vers la Terre, en direction d’un récepteur situé sur le toit d’un laboratoire d’ingénierie à Caltech Pasadena. Là encore, l’expérience fut concluante : le faisceau d’énergie a été détecté par la station terrestre, à l’heure et à la fréquence prévues, et avec le décalage de fréquence correct prédit en fonction de la distance parcourue.
Cette quantité d’énergie n’était pas utile, mais elle valide la capacité de l’équipe à cibler avec précision un faisceau d’énergie sur de grandes distances et confirme que le matériel utilisé peut survivre au voyage vers l’orbite.
Selon Sergio Pellegrino, professeur Joyce et Kent Kresa d’ingénierie aérospatiale et civile et codirecteur du SSPP :
Les réseaux de transmission d’énergie flexibles sont essentiels à la conception actuelle de la vision de Caltech pour une constellation de panneaux solaires semblables à des voiles qui se déploient une fois qu’ils atteignent l’orbite.
Pour Hajimiri :
De la même manière qu’Internet a démocratisé l’accès à l’information, nous espérons que le transfert d’énergie sans fil démocratisera l’accès à l’énergie. Aucune infrastructure de transmission d’énergie ne sera nécessaire sur le terrain pour recevoir cette énergie. Cela signifie que nous pouvons envoyer de l’énergie aux régions éloignées et aux zones dévastées par la guerre ou les catastrophes naturelles.
La technologie des panneaux solaires spatiaux progresse donc à grands pas. Les aspects économiques d’un tel projet dans un cadre commercial ne semblent pas vraiment réjouissants, mais qui sait quelles astuces un bon chef d’entreprise pourrait utiliser pour renverser la vapeur. Il s’agit certainement d’un projet fascinant à suivre de près.
Présentée sur le site du California Institute of Technology : In a First, Caltech’s Space Solar Power Demonstrator Wirelessly Transmits Power in Space.