Comment Airbus compte puiser l'énergie solaire... pour ravitailler en plein vol ses avions hybrides

L’idée d’aller puiser l’énergie du soleil au plus près de sa source, pour produire de l’électricité n’est pas nouvelle. Le concept avait même fait l’objet d’intenses recherches dès les années 1970, aux Etats-Unis et en Chine notamment. « A l’époque, explique Jean-Dominique Coste, les projets n’avaient pas pu aboutir, en raison principalement des investissements pharaoniques nécessaires au déploiement de ces fermes solaires dans l’espace ». Depuis, la donne a changé, grâce notamment à la technologie des lanceurs réutilisables. Cette innovation popularisée par Space X, l’une des entreprises fondées par Elon Musk, permet d’avoir recours plusieurs fois à la même fusée pour placer des satellites sur orbite. Grâce à elle, les coûts de propulsion dans les étoiles ont été divisés par 20 en dix ans.

Plusieurs expérimentations ont ainsi pu être menées, dans le but de prouver qu’il était possible de générer de électricité depuis l’espace. Début juin, des chercheurs américains du California Institute of Technology ont annoncé qu’ils avaient réussi à capter l’énergie solaire, via un satellite doté de panneaux photovoltaïques, pour ensuite la rediriger vers la Terre, sur le campus de leur université, sous forme de rayonnement micro-ondes, afin de la convertir en électricité. Certes, on en est encore qu’au stade de la R&D. Le prototype de centrale solaire ne pèse qu’une cinquantaine de kilos, se déploie sur environ 50 mètres carrés et ne parvient encore à produire que quelques watts, de quoi allumer une petite diode. Pour émettre l’énergie équivalente à celle d’une centrale nucléaire, soit entre 1 et 2 gigawatts, le dispositif à propulser dans le cosmos, incluant antenne et panneaux solaires, devra s’étendre sur plusieurs kilomètres carrés ! « Cela reviendrait à envoyer dans l’espace l’équivalent d’au moins dix ISS, la fameuse station spatiale internationale, qui reste à ce jour la structure la plus importante déployée dans les étoiles », explique Jean-Dominique Coste.

La construction de ces fermes solaires spatiales sera donc une véritable prouesse high-tech, mêlant origami, jeu de Lego et robotique interstellaire ! De façon à limiter son encombrement et le nombre de lancements, cette station orbitale pourrait se déplier dans l’espace, à l’instar du fameux telescope James Webb. Des robots autonomes devront aussi être propulsés dans les étoiles pour assembler les panneaux solaires et même imprimer en 3D d’autres composants, comme l’antenne émettrice et son support.

Un rendement qui pourrait passer de 5 à 25% d'ici 10 ans

Pour les chercheurs, l’autre grand enjeu consiste à améliorer les rendements lors du transfert d’énergie, car leur technologie dite de « power beaming » (en français, « faisceau d’énergie ») engendre encore d’importantes déperditions. « Pour parvenir jusqu’à la Terre, l’électricité produite dans l’espace doit d’abord être convertie en micro-ondes qui, une fois arrivées à destination, sont ensuite retransformées en électricité. Ce sont ces phases de conversion qui génèrent des pertes », explique Jean-Dominique Coste.

Dans leurs laboratoires d’Ottobrunn, au sud de Munich, les chercheurs d’Airbus tentent donc de mettre au point des parades pour améliorer les performances de cette technologie. L’automne dernier, le premier démonstrateur qu’ils avaient mis au point, au sol, leur avait déjà permis de transférer via des micro-ondes 2 kilowatts d’électricité, sur une distance d’environ 70 mètres. De quoi alimenter un frigo rempli de canettes - clin d’œil des Géo-Trouvetou à Oktoberfest, la fête de la bière qui battait alors son plein dans la capitale bavaroise.

Las, les rendements obtenus, de l’ordre de seulement 5% d’énergie convertie en électricité, sont encore insuffisants pour envisager de rentabiliser l’installation d’une centrale photovoltaïque spatiale. Depuis, les équipes de l’avionneur ont remis l’ouvrage sur le métier en développant de nouveaux procédés. « Les dernières simulations que nous avons effectuées sur ordinateur nous permettent désormais d’envisager un rendement d’environ 25 % dans l’espace à un horizon d’une dizaine d’années », confie, plein d’optimisme, l’ingénieur d’Airbus. Mais cette performance devra bien sûr être validée in situ. Sur le plan économique, un taux d’au moins 20% serait nécessaire pour viabiliser le projet.

Alimenter en électricité des bases militaires avancées

Avant d’envoyer des centrales dans les étoiles, l’avionneur prévoit donc de réaliser dès l’an prochain un nouveau démonstrateur, non pas dans l’espace, mais dans le ciel. Celui-ci s’appuiera sur un ballon dirigeable doté de panneaux photovoltaïques. « L’idée, c’est d’abord de valider un modèle économique entre ciel et Terre en testant différentes applications », nous explique-t-on chez Airbus. Le ballon pourrait tout aussi bien servir de source d’énergie grâce à ses panneaux, ou relayer, via son antenne, de l’électricité qui lui serait transmise depuis la terre ferme, par une centrale électrique ou un champ d’éoliennes équipées du Power Beaming. « L’intérêt, explique l’avionneur, serait alors de pouvoir approvisionner en énergie une zone isolée, qui ne dispose pas de réseau câblé, en montagne par exemple. Ou bien pour fournir de l’électricité sur des bases militaires avancées, dans des zones de conflit. Nous sommes par ailleurs déjà en discussion avec le secteur de la défense», confie l’avionneur.

Construire cette fameuse centrale spatiale nécessitera aussi de mener des études pour vérifier que l’exposition à ces micro-ondes sont sans danger sur la santé. Mais cet espoir d’une énergie inépuisable et disponible en permanence fait phosphorer les chercheurs du monde entier. A l’inverse des énergies renouvelables traditionnelles, qui produisent de façon intermittente selon les aléas de la météo, une ferme spatiale pourrait fournir de l’électricité 24 heures sur 24. Sa trajectoire géosynchrone avec le soleil lui garantirait une exposition optimale aux rayons de l’astre, pour une plus grande efficacité énergétique.

La Chine s’y intéresse donc de très près. L’Empire du Milieu pourrait même brûler la politesse à ses rivaux américains et européens en déployant une première centrale solaire spatiale dès 2030. L’Inde, le Japon et le Royaume-Uni sont aussi entrés dans la course.