Publié le 2024-02-29 14:35:00. L’exploitation de l’énergie solaire dans l’espace, autrefois reléguée au domaine de la science-fiction, suscite un intérêt croissant. Une nouvelle étude met en lumière les défis logistiques considérables, mais aussi le potentiel significatif de cette source d’énergie renouvelable.
- Une étude récente évalue le nombre maximal de satellites solaires spatiaux (SBSP) pouvant être déployés en orbite géostationnaire (GEO).
- Les contraintes logistiques, notamment l’espacement des satellites et l’emplacement des stations de réception au sol, limitent considérablement le potentiel de production d’énergie.
- Malgré ces limitations, l’énergie solaire spatiale pourrait couvrir jusqu’à 3 % de la consommation énergétique mondiale.
L’idée de capter l’énergie du soleil dans l’espace et de la transmettre sur Terre gagne du terrain. Le succès d’un projet de l’université Caltech, qui a démontré la faisabilité de cette transmission, a encouragé de nombreux projets pilotes à travers le monde. L’attrait principal réside dans l’accès à une source d’énergie solaire quasi illimitée et constante, disponible en orbite géostationnaire (GEO).
Cependant, une nouvelle analyse menée par des chercheurs italiens et allemands souligne que les obstacles à la mise en œuvre de cette technologie sont principalement d’ordre logistique, plutôt que technique. Leur étude vise à déterminer la quantité maximale d’énergie qui pourrait être fournie par une constellation de satellites solaires spatiaux (SBSP) en orbite géostationnaire.
Pour parvenir à cette évaluation, les chercheurs ont décomposé le problème en deux étapes : estimer le nombre de satellites pouvant être placés en orbite et calculer la quantité d’énergie que chaque satellite pourrait réellement injecter dans le réseau électrique mondial. Ils ont ensuite exploré différents scénarios, en imposant des contraintes de plus en plus strictes.
Une contrainte constante dans tous les scénarios est l’angle de distance minimum (MDA), qui définit la séparation angulaire minimale entre les satellites pour éviter les collisions ou les interférences radio. Les chercheurs ont opté pour un MDA de 0,1°, ce qui accorde à chaque satellite une “zone de dégagement” de 147 km, soit plus de dix fois leur propre taille.
Dans le scénario le plus optimiste, sans autre contrainte, jusqu’à 3 600 satellites SBSP pourraient être opérationnels en GEO. En tenant compte de la présence de satellites existants et en leur accordant le même espace de dégagement, ce nombre diminue à 2 509 satellites.
L’étude prend également en compte la nécessité de stations de réception au sol, appelées rectennas, pour convertir les micro-ondes émises par les satellites en électricité. Les auteurs notent que, pour l’instant, ces rectennas doivent être installées sur terre, dans des zones situées à moins de 30 degrés de l’équateur, là où les satellites sont visibles. De plus, la taille du faisceau d’énergie augmente avec la latitude, nécessitant des rectennas plus vastes. Avec cette contrainte, le nombre de SBSP est limité à 1 771 stations.
Le scénario le plus restrictif, qui limite l’implantation des rectennas aux zones densément peuplées (3 000 habitants par kilomètre carré), réduit encore davantage le nombre de satellites potentiels à 364, soit une diminution de 89,9 % par rapport au scénario initial. Les auteurs justifient cette contrainte par la nécessité d’une infrastructure électrique existante pour capter et distribuer l’énergie.
Malgré ces contraintes, les satellites pourraient produire une quantité significative d’énergie. Le calcul de leur puissance totale est similaire à celui des panneaux solaires terrestres et dépend de la superficie, du rendement des cellules solaires, de l’angle d’incidence et de l’irradiation solaire, qui est relativement constante en GEO. Les chercheurs ont supposé une superficie de 10 km² pour les panneaux solaires et un rendement de 20 %, des hypothèses réalistes compte tenu des technologies actuelles. Cependant, ils ont considérablement réduit la quantité d’énergie calculée, en tenant compte des pertes lors de la conversion et du transport (de 272 GW par station à 1 GW par station).
Même avec cette réduction importante, l’énergie fournie par ces satellites pourrait couvrir 3 % de la consommation énergétique mondiale, une contribution non négligeable. Les auteurs soulignent que leurs hypothèses sont volontairement conservatrices. Ils estiment notamment que le taux de conversion de l’énergie collectée dans l’espace en énergie utilisable au sol pourrait être bien plus élevé, et que les rectennas pourraient être construites sur l’eau ou dans des zones agricoles.
En conclusion, malgré les défis logistiques, l’énergie solaire spatiale représente une source d’énergie potentiellement importante pour l’avenir. L’étude des chercheurs italiens et allemands contribue à quantifier les avantages potentiels de cette technologie et à orienter les futurs développements.
Pour en savoir plus :
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