Des chercheurs transmettent de l’énergie solaire depuis l’espace

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D’après pv magazine USA

Cela fait plusieurs décennies que l’énergie solaire provenant de l’espace fait l’objet de travaux de recherche. En théorie, elle pourrait en effet recourir à une quantité illimitée d’énergie solaire. Les chercheurs de Caltech estiment que le solaire provenant de l’espace pourrait générer huit fois plus d’énergie que des panneaux solaires installés n’importe où à la surface de la Terre. En janvier, le Caltech Space Solar Power Project (SSPD) a mis sur orbite un prototype pour transmettre de l’énergie solaire vers la Terre.

Le SSPD a déployé une constellation d’engins spatiaux modulaires équipés de PV qui capteront la lumière du soleil, la convertiront en électricité et la transmettront sur de longues distances par une technologie sans fil, partout où elle est nécessaire. D’après Caltech, cette technologie serait utile aux régions reculées qui ne disposent pas d’infrastructures de transport.

La capacité de transmission d’énergie sans fil a été démontrée par Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE), développé chez Caltech. C’est l’une des trois technologies clés mises au banc d’essai par le Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), le premier prototype spatial du SSPD de Caltech.

MAPLE comporte des transmetteurs de micro-ondes légers actionnés par des puces électroniques sur mesure basées sur des technologies en silicium à bas coût. Il utilise le dispositif de transmetteurs pour rediriger l’énergie vers les endroits voulus.

« Les expérimentations que nous avons menées jusqu’à présent nous ont apporté la confirmation que MAPLE est capable de transmettre de l’énergie jusqu’aux récepteurs situés dans l’espace, affirme Ali Hajimiri, professeur Bren d’ingénierie électrique et d’ingénierie médicale, et co-directeur de SSPP. Nous avons aussi été en mesure de programmer le dispositif afin qu’il redirige l’énergie vers la Terre, et celle-ci a été détectée ici, à Caltech. Bien sûr, nous avions testé le système sur Terre, mais nous savons à présent qu’elle peut résister au voyage dans l’espace et fonctionner ici. »

Cela fait des décennies que des groupes du monde entier étudient la transmission de l’énergie solaire provenant de l’espace. Comme pour toute technologie futuriste, certains pessimistes craignent que le faisceau d’énergie, très puissant, ne grille tout ce qui se trouve sur son passage, ou n’entraîne des destructions lorsqu’il rate sa cible.

Détection de l’électricité transmise par MAPLE sur le toit du Laboratoire Moore.

Image : Caltech

Le projet Caltech comporte un dispositif d’émetteurs-récepteurs qui redirige l’énergie et deux dispositifs de récepteurs distincts qui la reçoivent.

Le signal est apparu à l’heure et à la fréquence voulues, détecté par les récepteurs installés sur le toit du Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering, sur le Campus de Caltech à Pasadena. En outre, le signal présentait le déplacement de signal prévu, conformément à son déplacement sur orbite.

Afin de s’assurer que l’énergie atteigne la destination prévue, le dispositif de transmetteurs a recours à des éléments de contrôle de la temporisation précis pour concentrer l’énergie de manière dynamique sur l’emplacement souhaité, via l’ajout cohérent d’ondes électromagnétiques.

Lorsque le dispositif de récepteurs reçoit l’énergie, il la convertit en courant direct et l’utilise pour alimenter deux DEL, apportant la démonstration du cycle complet de la transmission de l’énergie sans fil sur une longue distance depuis l’espace. MAPLE a testé ce système dans l’espace et a réussi à allumer chaque DEL de manière individuelle et à passer alternativement de l’une à l’autre.

« À notre connaissance, personne n’avait encore démontré le transfert de l’énergie sans fil dans l’espace, même à l’aide de coûteuses structures rigides. Nous y sommes parvenus grâce à des structures légères et flexibles et en utilisant nos propres circuits intégrés. C’est une première », se réjouit Ali Hajimiri.

Pour l’équipe, la prochaine étape consiste à analyser les performances des éléments individuels au sein du système en évaluant les figures d’interférences de groupes plus petits et en mesurant la différence entre diverses combinaisons. D’après les chercheurs, ce processus, qui peut prendre jusqu’à six mois, permettra à l’équipe de trier les irrégularités et de remonter jusqu’aux unités individuelles. Cela apportera des informations pour la prochaine génération du système.

« Le dispositif souple de transmetteurs d’énergie est la clé de voûte sur laquelle repose aujourd’hui la vision conceptuelle de Caltech : une constellation de panneaux solaires qui se déploient comme des voiles une fois sur orbite », déclare Sergio Pellegrino, professeur Joyce et Kent Kresa en ingénierie de l’aérospatial et ingénierie civile, et co-directeur du SSPP.

Selon Harry Atwater, l’un des principaux chercheurs du projet, l’équipe du SSPP doit donc aussi concevoir des systèmes d’énergie solaire légers et flexibles. Les unités individuelles du SSPP seront pliées en paquets d’un mètre cube environ, puis se déploieront en carrés plats de 50 m de côté environ, dotés de cellules solaires sur la face orientée vers le soleil et de transmetteurs d’énergie sans fil sur la face orientée vers la Terre.

« À l’instar d’Internet, qui a démocratisé l’accès à l’information, nous espérons que le transfert d’électricité sans fil démocratisera l’accès à l’énergie, poursuit Ali Hajimiri. Aucune infrastructure de transport d’énergie ne sera nécessaire sur Terre pour recevoir cette électricité. Cela signifie qu’il est possible d’envoyer de l’électricité dans des régions reculées et des zones dévastées par la guerre ou des catastrophes naturelles. »

En plus du soutien reçu par la famille Bren, Caltech a bénéficié d’un don de 11,58 millions d’euros de Northrop Grumman Corporation sur trois ans (entre 2014 et 2017), par l’intermédiaire d’un accord de recherche sponsorisé qui a financé le développement de la technologie et l’avancée de la science sur le projet.

Traduction assurée par Christelle Taureau.

 

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