L’énergie solaire spatiale gagne de plus en plus de terrain ces derniers temps. Le récent succès du projet d'énergie solaire spatiale de Caltech, qui a démontré la faisabilité de transmettre de l'énergie de l'espace au sol, a été égalé par un certain nombre de projets pilotes à travers le monde, qui espèrent tous exploiter une partie de l'énergie solaire presque illimitée et constante accessible en orbite géostationnaire (GEO).
Mais, selon un nouvel article publié dans Acta Astronautique Selon un groupe de chercheurs italiens et allemands, il existe de nombreuses contraintes pour acheminer cette énergie ici sur Terre, et la plupart d'entre elles sont plus logistiques que techniques.
L'objectif de cet article était de tenter de calculer la quantité maximale d'énergie qui pourrait éventuellement être fournie par une constellation de satellites spatiaux à énergie solaire (SBSP) en orbite géostationnaire. Pour effectuer ce calcul, les auteurs l'ont divisé en deux étapes simples : combien de satellites peut-il y avoir en orbite et quelle quantité d'énergie chaque satellite peut-il effectivement injecter dans le réseau électrique mondial.
Pour calculer combien de satellites pourraient exister en orbite, les auteurs ont de nouveau divisé la question en quatre « scénarios » différents, avec des restrictions plus strictes pour chacun. La seule contrainte cohérente dans tous les scénarios était l'angle de distance minimum (MDA), qui est la séparation angulaire minimale calculée entre les satellites qui garantirait l'absence de collisions ou d'interférences radio entre les satellites. Certes, le nombre MDA qu'ils ont choisi (0,1°) représentait déjà une estimation relativement prudente, chaque satellite recevant une « portée d'ouverture » de 147 km, soit plus de 10 fois la taille des satellites eux-mêmes.
Dans le premier scénario, ils ont simplement calculé combien pourraient être placés en orbite en l’absence d’autres contraintes (ce nombre était simple à calculer, compte tenu de l’angle de 0,1° et des 360° du cercle). Dans le premier scénario, il pourrait y avoir 3 600 satellites SBSP en opération en GEO. Le deuxième scénario, qui a beaucoup de sens intuitif, consiste à installer des SBSP autour des satellites qui existent déjà dans GEO, en leur donnant la même place que cette autorisation MDA. Cela ramène le nombre de satellites potentiels à 2 509 satellites.
Dans le troisième scénario, la surface de la Terre commence à entrer en jeu. Pour recevoir l’énergie des SBSP, il doit y avoir une antenne de réception pour collecter les micro-ondes envoyées par le satellite, généralement appelée rectenna. Les auteurs notent que, du moins pour l'instant, les rectennas doivent être placées sur la terre, et non sur l'océan, et que la terre doit être située à moins de 30 degrés de l'équateur, là où les satellites se trouvent au-dessus lorsqu'ils sont en GEO. Une autre contrainte est que la taille du faisceau lui-même doit nécessairement être plus grande aux latitudes plus élevées, loin de l'équateur, nécessitant ainsi plus de superficie pour une rectenne dans ces espaces. Avec cette contrainte, le nombre total de SBSP est limité à 1 771 stations.
Comme dernière contrainte du quatrième scénario, ils ont limité l'implantation de rectennas aux zones où le développement humain a augmenté la densité de population de 3 000 personnes par kilomètre carré. Les auteurs soutiennent qu’il s’agit d’un bon indicateur de la disponibilité de l’infrastructure électrique nécessaire pour capter et transmettre la puissance rayonnée par les satellites. Avec cette contrainte supplémentaire en place, le nombre de satellites potentiels chute à 364, soit 89,9 % de moins que le scénario initial.
Même avec toutes ces contraintes, les satellites peuvent toujours produire beaucoup de puissance. Le calcul de leur puissance totale est la même chose que pour leurs homologues des cellules solaires sur Terre et nécessite la surface, l'efficacité de la cellule solaire, l'angle d'incidence et la quantité d'irradiation à laquelle elles sont soumises, ce qui est relativement constant en GEO. Les auteurs ont supposé une distance de 10 km2 superficie pour les panneaux solaires et un rendement de 20 %, deux hypothèses raisonnables compte tenu de la technologie actuelle. Cependant, ils diminuent alors considérablement la quantité d’énergie calculée à partir de ce qu’ils sont capables de collecter (272 GW par station) par rapport à ce qu’ils estiment être livré au réseau avec toutes les pertes lors de la conversion et du transport (1 GW par station).
Même avec cette réduction spectaculaire, et même dans le pire des cas, la quantité d’énergie fournie par ces satellites est suffisante pour couvrir 3 % de la consommation mondiale totale d’énergie. Ce n’est certainement pas un montant énorme, mais suffisant pour faire une différence significative sur les marchés de l’énergie.
Et, pour être honnête, toutes les hypothèses avancées dans le document sont extrêmement conservatrices. Avis de non-responsabilité : je suis un grand fan du SBSP, donc je suis peut-être partial, mais supposer un taux de conversion de 0,3 % de la puissance collectée dans l'espace à la puissance fournie au réseau est un énorme pas en avant et il n'y a pas beaucoup de justification pour des pertes de conversion aussi importantes. De plus, d'autres hypothèses, telles qu'un espacement de 10 fois plus grand pour une trajectoire de dégagement orbital et l'hypothèse selon laquelle les rectennas ne peuvent pas être construites sur l'eau, ou même dans des champs agricoles, avec l'infrastructure appropriée, rendent les arguments en faveur du SBSP bien pires.
Mais malgré toutes ces hypothèses et contraintes, le fait que cette technologie puisse un jour fournir jusqu'à 3 % des besoins mondiaux en électricité est impressionnant. Il n’est pas étonnant que tant d’entreprises et de pays s’y intéressent davantage, et les auteurs ont certainement la bonne idée en essayant de quantifier quel pourrait être l’avantage éventuel de la SBSP pour l’humanité.
