Cet article a été initialement publié sur The Conversation. La publication a contribué à l’article dans le cadre des Voix d’experts de Space.com : Op-Ed & Insights.
Amanda Jane Hughes, maître de conférences, département d’ingénierie mécanique, des matériaux et aérospatiale, Université de Liverpool
Stefania Soldini, maître de conférences en ingénierie aérospatiale, Université de Liverpool
Ça ressemble à de la science-fiction : des centrales solaires géantes flottant dans l’espace qui téléguident d’énormes quantités d’énergie vers la Terre. Et pendant longtemps, le concept – développé pour la première fois par le scientifique russe, Konstantin Tsiolkovsky, dans les années 1920 – a surtout inspiré les écrivains.
Un siècle plus tard, cependant, les scientifiques font d’énormes progrès pour transformer le concept en réalité. L’Agence spatiale européenne a réalisé le potentiel de ces efforts et cherche maintenant à financer de tels projets, prédisant que la première ressource industrielle que nous obtiendrons de l’espace sera « l’énergie téléportée ».
Le changement climatique est le plus grand défi de notre époque, l’enjeu est donc de taille. De l’augmentation des températures mondiales à la modification des régimes climatiques, les impacts du changement climatique se font déjà sentir dans le monde entier. Pour relever ce défi, il faudra changer radicalement la façon dont nous produisons et consommons l’énergie.
Les technologies des énergies renouvelables se sont développées de façon drastique ces dernières années, avec une efficacité accrue et un coût réduit. Mais un obstacle majeur à leur adoption est le fait qu’elles ne fournissent pas un approvisionnement constant en énergie. Les parcs éoliens et solaires ne produisent de l’énergie que lorsque le vent souffle ou que le soleil brille, mais nous avons besoin d’électricité 24 heures sur 24, tous les jours. En fin de compte, nous avons besoin d’un moyen de stocker l’énergie à grande échelle avant de pouvoir passer aux sources renouvelables.
Bénéfices de l’espace
Un moyen possible de contourner ce problème serait de générer de l’énergie solaire dans l’espace. Cette solution présente de nombreux avantages. Une centrale solaire basée dans l’espace pourrait se mettre en orbite pour faire face au Soleil 24 heures sur 24. L’atmosphère terrestre absorbe et reflète également une partie de la lumière du Soleil, de sorte que les cellules solaires situées au-dessus de l’atmosphère recevront plus de lumière solaire et produiront plus d’énergie.
Mais l’un des principaux défis à relever est de savoir comment assembler, lancer et déployer des structures aussi grandes. Une seule centrale solaire pourrait devoir atteindre une superficie de 10 kilomètres carrés, soit l’équivalent de 1 400 terrains de football. L’utilisation de matériaux légers sera également essentielle, car la plus grosse dépense sera le coût du lancement de la station dans l’espace sur une fusée.
Une solution proposée consiste à développer un essaim de milliers de petits satellites qui se rassembleront et se configureront pour former un seul et grand générateur solaire. En 2017, des chercheurs de l’Institut de technologie de Californie ont exposé les grandes lignes d’une centrale électrique modulaire, composée de milliers de tuiles de cellules solaires ultralégères. Ils ont également fait la démonstration d’un prototype de tuile ne pesant que 280 grammes par mètre carré, soit un poids similaire à celui d’une carte.
Récemment, les développements en matière de fabrication, comme l’impression 3D, sont également étudiés pour cette application. À l’université de Liverpool, nous explorons de nouvelles techniques de fabrication pour imprimer des cellules solaires ultralégères sur des voiles solaires. Une voile solaire est une membrane pliable, légère et hautement réfléchissante capable d’exploiter l’effet de la pression de radiation du soleil pour propulser un vaisseau spatial sans carburant. Nous étudions comment intégrer des cellules solaires sur des structures de voiles solaires pour créer de grandes centrales solaires sans carburant.
Ces méthodes nous permettraient de construire les centrales dans l’espace. En effet, il pourrait un jour être possible de fabriquer et de déployer des unités dans l’espace depuis la station spatiale internationale ou la future station passerelle lunaire qui gravitera autour de la Lune. De tels dispositifs pourraient en fait contribuer à fournir de l’énergie sur la Lune.
Les possibilités ne s’arrêtent pas là. Alors que nous dépendons actuellement de matériaux provenant de la Terre pour construire des centrales électriques, les scientifiques envisagent également d’utiliser des ressources de l’espace pour la fabrication, comme les matériaux trouvés sur la Lune.
Un autre défi majeur sera d’obtenir l’énergie transmise vers la Terre. Le plan consiste à convertir l’électricité des cellules solaires en ondes énergétiques et à utiliser des champs électromagnétiques pour les transférer vers le bas jusqu’à une antenne à la surface de la Terre. L’antenne convertira ensuite les ondes en électricité. Des chercheurs dirigés par l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale ont déjà développé des conceptions et fait la démonstration d’un système d’orbiteur qui devrait être capable de faire cela.
Il reste encore beaucoup de travail à faire dans ce domaine, mais l’objectif est que les centrales solaires dans l’espace deviennent une réalité dans les prochaines décennies. Des chercheurs chinois ont conçu un système appelé Omega, qu’ils visent à rendre opérationnel d’ici 2050. Ce système devrait être capable de fournir 2 GW d’électricité au réseau terrestre en cas de performance maximale, ce qui est énorme. Pour produire autant d’énergie avec des panneaux solaires sur Terre, il en faudrait plus de six millions.
Des satellites solaires plus petits, comme ceux conçus pour alimenter les rovers lunaires, pourraient être opérationnels encore plus tôt.
A travers le monde, la communauté scientifique consacre du temps et des efforts au développement de centrales solaires dans l’espace. Notre espoir est qu’elles puissent un jour être un outil vital dans notre lutte contre le changement climatique.
Cet article est republié depuis The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.
Suivez toutes les questions et les débats d’Expert Voices – et participez à la discussion – sur Facebook et Twitter. Les opinions exprimées sont celles de l’auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de l’éditeur. Cette version de l’article a été initialement publiée sur Live Science.
Nouvelles récentes
.