L’énergie solaire spatiale : des origines du photovoltaïque au futur de la production d’électricité ?

À l’origine, l’énergie solaire photovoltaïque fut utilisée dans le cadre de la conquête spatiale. Le but était d’alimenter les satellites en énergie électrique. Ensuite, les dernières décennies ont permis de démocratiser cette technologie dans le Monde entier et les panneaux solaires photovoltaïques sont désormais installés sur nos toitures et dans nos jardins. 

Aujourd’hui, l’énergie solaire spatiale est de nouveau envisagée mais pour une toute autre mission que celle originelle : produire de l’énergie solaire à grande échelle, directement depuis l’espace, afin de répondre aux besoins énergétiques de nos populations. Dans cet article, nous explorerons les avantages et les défis de l’énergie solaire spatiale, ainsi que les dernières avancées en la matière.

Qu’est-ce que l’énergie solaire spatiale ? Quelles différences avec l’énergie solaire photovoltaïque ?

L’énergie solaire spatiale, ou « Solar Power Satellite » en anglais, consiste à capturer l’énergie solaire en orbite terrestre et à la transmettre vers la Terre. Concrètement, le procédé de production est le même que celui que nous connaissons sur la planète bleue : l’énergie solaire spatiale est produite par des panneaux solaires qui, pour le coup, sont installés sur des satellites en orbite autour de la Terre.

La grande différence réside alors dans la transmission de l’énergie vers nos continents.

La transmission d’énergie solaire spatiale

Le procédé de transmission d’énergie solaire spatiale vers la Terre implique l’utilisation de micro-ondes ou de lasers pour transférer l’énergie produite par les panneaux solaires à bord du satellite. Les micro-ondes ou les lasers sont émis par une antenne ou un système de miroirs à bord du satellite, puis dirigés vers une station de réception située sur Terre. À la station de réception, les micro-ondes ou les lasers sont convertis en électricité, qui peut ensuite être distribuée aux populations.

Ce processus devant être effectué avec précaution, pour ne pas altérer des communications terrestres, les scientifiques et les ingénieurs travaillent actuellement à la mise au point de technologies avancées pour assurer la sécurité et la fiabilité de ce processus de transmission d’énergie solaire spatiale vers la Terre. C’est l’un des grands défis de cette technologie. 

Quels intérêts a l’énergie solaire spatiale par rapport aux panneaux photovoltaïques sur Terre ?

En France, et partout ailleurs, la production d’énergie solaire s’est démocratisée car elle est devenue moins onéreuse et plus performante au fil de ces dernières années. Mais quelles que soient les avancées technologiques, des limites basiques à la production photovoltaïque subsistent : la production d’énergie solaire est réduite voire interrompue à certains moments de la journée (en cas de ciel nuageux, d’absence d’ensoleillement, la nuit…). Alors, l’énergie solaire spatiale présente de formidables avantages : 

• Dans l’espace, l’intensité de la lumière du Soleil est considérablement augmentée. Cela signifie que la quantité d’énergie solaire reçue par unité de surface est plus élevée dans l’espace que sur Terre car il n’y a pas d’atmosphère pour filtrer les rayons du soleil. Par conséquent, les satellites équipés de panneaux solaires peuvent produire de l’énergie de manière beaucoup plus efficace que les panneaux solaires terrestres.
• Avec une bonne mise en orbite, une centrale solaire spatiale peut capter la lumière solaire en continu, 24h/24. Encore une fois, il n’y a pas d’atmosphère, pas de nuages, le Soleil « ne se couche » jamais… 
• Les principes technologiques existent : il n’y a pas de recherches majeures à effectuer pour la bonne application de ce projet spatial. Nous sommes déjà en mesure de produire de l’énergie solaire dans l’espace et la ramener sur Terre. Seules les infrastructures qui devront être construites en conséquence sont à penser et à développer. 

Cette technologie prometteuse peut donc offrir une source d’énergie renouvelable et inépuisable, capable de répondre aux besoins énergétiques de notre planète. 

Quels obstacles devons-nous surmonter pour concrétiser ces projets de centrale solaire orbitale ?

La mise en œuvre de l’énergie solaire spatiale présente des défis importants.

L’un des principaux obstacles est la difficulté de transporter l’énergie produite depuis l’espace vers la Terre, en utilisant des faisceaux de micro-ondes ou des lasers. Ce processus nécessite des technologies avancées pour éviter toute interférence avec des communications terrestres ou la faune. 

Ensuite, ce sont dans les stations d’émission et de réception que résident d’autres grands défis. En effet, pour être économiquement viable, les structures émettrices et réceptrices d’énergie solaire spatiale doivent être très grandes, à la fois dans l’espace que sur Terre. Selon l’ESA (l’Agence Spatiale Européenne), un seul satellite ayant comme objectif de produire de l’énergie dans l’espace peut s’étendre jusqu’à 1 kilomètre de diamètre. Et dans ce cas, la station réceptrice, située sur Terre, doit avoir une empreinte au sol plus de dix fois supérieure à cela. Cela nécessite donc de gros travaux structurels, sur Terre comme dans l’espace, et pour ce dernier cas, cela implique des dizaines de lancements pour construire ledit satellite. On peut donc se demander si cela aura bien l’impact écologique souhaité. 

Le projet Solaris : études et développement de satellites à énergie solaire

C’est l’actualité de 2022 : l’ESA souhaite produire de l’énergie solaire depuis l’espace, et a eu son financement approuvé en novembre dernier. Avec un objectif de lancement de projet en 2025, l’Agence Spatiale Européenne a débuté ses phases de test pour valider la faisabilité et la viabilité d’un tel concept. In fine, la mission Solaris comprendrait le lancement d’un satellite équipé de panneaux solaires en orbite géostationnaire, à une altitude d’environ 36 000 kilomètres au-dessus de la Terre. Le satellite serait capable de capter l’énergie solaire de manière constante, sans les interruptions causées par les conditions météorologiques de la surface terrestre. Avec une telle infrastructure, l’ESA espère fournir de l’électricité spatiale à hauteur de 25 % des besoins de l’Europe. 

Souhaitant participer à la construction d’un « avenir propre et sûr pour les citoyens européens », le projet Solaris s’inscrit dans une volonté européenne de positionner notre continent comme un acteur clé luttant contre le réchauffement climatique. Pour en savoir plus, n’hésitez pas à lire les différents rapports d’activités de l’ESA inhérents au projet Solaris. 

D’autres projets sont à l’étude : quels impacts pour l’avenir de l’énergie solaire spatiale ?

D’autres projets sont à l’étude, à l’instar de l’ESA et sa mission Solaris, tels que le travail effectué par le California Institute of Technology (Caltech) ou encore le lancement très récent du prototype Space Solar Power Demonstrator, mené par la DARPA (Defense Advances Research Project Agency), l’agence de recherche du département de la Défense des États-Unis. 

Ce prototype, lancé début 2023, a pour objectif l’étude de 3 technologies :

• le déploiement d’une structure de 2 mètres sur 2 mètres qui serait en capacité de supporter une centrale solaire dans l’espace ;
• le test de 32 types différents de cellules photovoltaïques afin de sélectionner les plus adaptées à la conversion de l’énergie solaire en milieu spatial ;
• l’utilisation d’un réseau d’émetteurs d’énergie flexibles et légers.

L’équipe de recherche des États-Unis vise à déterminer la technologie la plus efficace pour mettre en orbite des panneaux photovoltaïques tout en évitant le poids et l’encombrement des panneaux installés sur Terre. Ainsi, la meilleure technologie devrait être utilisée pour produire de l’énergie solaire dans l’espace.

Avec ces multiples projets en cours, l’énergie solaire spatiale représente une solution innovante et prometteuse pour répondre aux besoins énergétiques croissants de notre planète. Bien que cette technologie présente des défis importants, les progrès récents dans les domaines de l’énergie solaire et des télécommunications pourraient permettre de surmonter ces obstacles dans les années à venir. Ainsi, l‘énergie solaire devrait avoir, au fil des années, de plus en plus d’impacts sur nos vies.