Une centrale solaire dans l’espace ? Le Royaume-Uni veut en construire un d’ici 2035.
Le Royaume-Uni envisage sérieusement de diffuser de l’énergie solaire depuis l’espace et pense qu’il pourrait avoir un démonstrateur en orbite d’ici 2035.
Plus de 50 organisations technologiques britanniques, y compris des poids lourds tels que le constructeur aérospatial Airbus, l’Université de Cambridge et le fabricant de satellites SSTL, ont rejoint la UK Space Energy Initiative, qui a été lancée l’année dernière dans le but d’explorer les options de développement d’une centrale solaire spatiale.
L’initiative estime que le rayonnement de l’électricité depuis l’espace en utilisant le soleil pourrait aider le Royaume-Uni à atteindre son objectif de zéro émission de gaz à effet de serre d’ici 2050 de manière plus rentable que de nombreuses technologies existantes. L’exigence d’arrêter complètement les émissions de carbone d’ici le milieu du siècle fait partie des efforts mondiaux pour stopper la progression du changement climatique décrits lors du sommet COP 26 des Nations Unies qui s’est tenu à Glasgow en novembre 2021.
S’exprimant lors de la conférence Toward a Space Enabled Net-Zero Earth qui s’est tenue à Londres, le président de l’initiative, Martin Soltau, a déclaré le 27 avril que toutes les technologies nécessaires au développement d’une centrale solaire spatiale existent déjà ; le défi est la portée et la taille d’un tel projet.
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L’initiative fonde ses plans sur une étude d’ingénierie approfondie menée par le cabinet de conseil Frazer-Nash et commandée par le gouvernement britannique l’année dernière.
« L’étude a conclu que cela est techniquement viable et ne nécessite aucune percée dans les lois de la physique, les nouveaux matériaux ou la technologie des composants », a déclaré Soltau.
L’initiative a établi un plan de développement de 12 ans qui pourrait voir une centrale électrique de démonstration, assemblée par des robots en orbite, transmettre des gigawatts d’énergie de l’espace à la Terre dès 2035, a déclaré Soltau.
L’initiative explore un concept modulaire appelé CASSIOPeiA (s’ouvre dans un nouvel onglet) (pour Constant Aperture, Solid-State, Integrated, Orbital Phased Array), développé par la société d’ingénierie britannique International Electric Company.
La nature modulaire de la centrale orbitale signifie qu’elle pourrait être étendue après la phase de démonstration. Même le démonstrateur, cependant, serait géant, de plusieurs kilomètres de large, et nécessiterait 300 lancements d’une fusée de la taille de SpaceX Starship pour être mis en orbite, a déclaré Soltau. Il orbiterait à 22 000 miles au-dessus de notre planète (36 000 kilomètres) avec une vue constante du soleil ainsi que de la Terre.
« Les principales fonctions du satellite sont de collecter l’énergie solaire via de grands miroirs légers et de concentrer l’optique sur des cellules photovoltaïques, tout comme nous le faisons sur Terre », a déclaré Soltau. « Ils produisent de l’électricité à courant continu, qui est ensuite convertie en micro-ondes via des amplificateurs de puissance radiofréquence à semi-conducteurs et transmise dans un faisceau micro-ondes cohérent vers la Terre. »
Cependant, CASSIOPeiA produirait beaucoup plus d’électricité que n’importe quelle centrale solaire terrestre de taille similaire. Comparé à un panneau solaire placé sur Terre au Royaume-Uni, un panneau solaire identique dans l’espace récolterait 13 fois plus d’énergie, a déclaré Soltau. En plus de cela, une centrale solaire spatiale ne souffrirait pas du problème d’intermittence, qui afflige la plupart des productions d’énergie renouvelable sur Terre. Le soleil ne brille pas toujours sur notre planète et le vent ne souffle pas régulièrement. Cela signifie que des générateurs d’électricité alternatifs ou des batteries de stockage doivent être en place pour éviter les pannes de courant par mauvais temps. L’espace, en revanche, fournirait une puissance de sortie constante.
En plus de cela, les technologies qui feraient fonctionner le système électrique basé uniquement sur l’énergie renouvelable basée sur la Terre n’existent pas encore.
« La technologie de stockage d’énergie n’existe pas encore au bon prix et à la bonne échelle », a déclaré Soltau. « Nous avons besoin d’autres technologies, car nous n’avons pas de plan qui s’additionne. Net-zéro sera très difficile et l’énergie solaire spatiale peut offrir une option intéressante. »
Le Royaume-Uni peut couvrir plus de 40 % de ses besoins actuels en électricité grâce aux énergies renouvelables, mais la demande d’énergie propre devrait tripler au cours des trois prochaines décennies, selon Soltau, à mesure que les infrastructures de transport et de chauffage se sevront des combustibles fossiles.
Pour répondre à une telle demande avec des parcs éoliens offshore, le type de technologie renouvelable qui contribue actuellement le plus au mix énergétique du Royaume-Uni, nécessiterait « une bande de turbines de 10 kilomètres [6.2 miles] large autour de toute la côte continentale de la Grande-Bretagne », selon Soltau.
L’empreinte de l’infrastructure au sol nécessaire à la centrale solaire en orbite serait beaucoup plus petite.
Pour recevoir l’énergie de l’espace, le système aurait besoin d’une antenne terrestre géante, appelée rectenna. La rectenna reçoit le rayonnement micro-onde envoyé depuis l’espace et le convertit en électricité à courant continu, qui est utilisée pour la transmission à haute tension.
« La rectenna est comme un grand réseau ouvert avec de petites antennes dipôles et devrait être de 7 par 13 kilomètres [4.3 to 8 miles] en taille », a déclaré Soltau. « C’est très grand, mais dans le contexte britannique, cela n’occuperait qu’environ 40% de la superficie d’une ferme solaire équivalente. »
S’exprimant lors de la même conférence, Andrew Ross Wilson, chercheur en génie aérospatial à l’Université de Strathclyde en Écosse, a convenu qu’une centrale solaire spatiale est une conception réaliste.
« Le concept existe depuis les années 1960 », a-t-il déclaré, ajoutant que parmi les défis à relever pour faire fonctionner une telle usine figure la question de savoir ce qu’il adviendrait de la structure géante une fois qu’elle aura atteint sa fin de vie.
« Nous devons essayer d’envisager le recyclage en orbite pour nous diriger vers une économie plus circulaire », a-t-il déclaré.
Le public pourrait être préoccupé par le rayonnement potentiel de cette électricité rayonnée, mais selon Ross, le risque est négligeable.
« Vous êtes plus susceptible de recevoir plus de radiations du téléphone dans votre poche que si vous vous teniez sous l’une des poutres », a-t-il déclaré.
Soltau a ajouté que le plan avait recueilli le soutien du gouvernement britannique ainsi que des experts en énergie.
« L’énergie solaire basée dans l’espace fait partie de la stratégie spatiale nationale », a-t-il déclaré. « Et il y a un montant initial de 3 millions de livres sterling [$3.7 million] pour avoir développé certaines des technologies sous-jacentes dans le cadre du portefeuille d’innovation net zéro. »
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