L'énergie solaire spatiale continue d'intéresser le Japon
Depuis la catastrophe de Fukushima, le Japon a du revoir sa politique sur le nucléaire qui était pourtant l'une de ses priorités stratégiques. Le développement de nouvelles sources d'énergie respectueuses de l'environnement est devenu encore plus pressant et certains scientifiques japonais estiment que la solution à ce problème pourrait venir de l'espace. La JAXA (Japan Aerospace eXploration Agency) étudie en effet le concept d'énergie solaire spatiale qui pourrait, selon ses partisans, devenir l'une des principales ressources énergétiques dans une vingtaine d'années.
Le concept d'énergie solaire spatiale consiste à collecter les rayons du Soleil grâce à de grands réflecteurs placés en orbite géostationnaire puis d'envoyer cette énergie sous forme de micro-ondes ou de rayon laser jusqu'à des installations au sol où elle est utilisée pour produire de l'électricité ou de l'hydrogène. Puisque la collecte de la lumière du Soleil se fait en dehors de l'atmosphère, elle est très efficace et non influencée par la météo (pluie, nuages, etc.). En outre, les installations étant situées en orbite géostationnaire, elles peuvent produire de l'énergie quasiment en permanence, tandis que les panneaux solaires au sol sont dépendants de l'heure du jour et du rythme des saisons.
L'idée de produire de l'électricité dans l'espace a été présentée pour la première fois en 1968 par Peter Glaser, un scientifique américain. La NASA a effectué des recherches sur ce thème dans les années 1970 mais le projet fut abandonné une dizaine d'années plus tard en raison de son coût trop élevé. Depuis la fin des années 1990, les Etats-Unis s'intéressent à nouveau à ce concept, sans toutefois parvenir à des avancées notables. De son côté, le Japon a débuté en 1998 des études sur les SSPS (Space Solar Power Systems) qui continuent à ce jour. La JAXA réalise même depuis 2008 des expériences pour développer les technologies nécessaires à la production d'électricité dans l'Espace. Grâce à son implication durable dans le domaine, le Japon est ainsi devenu le pays leader de la recherche sur l'énergie solaire spatiale.
La JAXA n'a pas encore décidé si l'énergie produite en orbite sera transmise vers la Terre par micro-ondes ou par laser et examine les deux options. En ce qui concerne les systèmes SSPS à micro-ondes, deux concepts sont étudiés : le modèle basique et le modèle avancé. Le modèle basique est constitué d'un grand panneau suspendu à un satellite par des câbles. Une face du panneau génère l'énergie et l'autre face la transmet au sol. Le modèle avancé est une combinaison de deux miroirs réflecteurs de 2km de diamètre volant en formation avec un système composé de deux panneaux solaires générateurs d'énergie attachés à un panneau transmetteur de micro-ondes. Le modèle avancé représente un défi technologique, mais il est capable de pointer vers le Soleil et offre donc un meilleur rendement que le modèle basique. Le faisceau de micro-ondes envoyé depuis l'Espace est réceptionné au sol et transformé en électricité par une antenne redresseuse de 2km de diamètre. Le système SSPS laser étudié par la JAXA est formé de grands miroirs focalisant la lumière du Soleil sur un dispositif de semi-conducteurs qui convertit les rayons solaires directement en rayons laser. Les technologies requises pour le SSPS laser sont toutefois très complexes et leur développement poserait plus de difficultés que celui du SSPS micro-ondes.
Actuellement, quatre activités de recherche principales associées au SSPS sont menées par la JAXA. La première est la démonstration au sol de la transmission d'énergie sans fil par micro-ondes et par laser. La JAXA expérimentera notamment des technologies de formation et de pointage d'un faisceau de micro-ondes (de l'ordre du kW) sur une distance de 50m. Des recherches seront également menées pour concevoir une technologie permettant de convertir directement la lumière du Soleil en rayon laser. Le deuxième thème de recherche est le développement de technologies pour la construction de structures d'une centaine de mètres à la fois pour un panneau d'une épaisseur de 0,1m et pour un miroir ultraléger d'une densité de 300g/m2. Ces technologies de construction seront dans un premier temps expérimentées au sol. Le troisième axe de recherche est la préparation d'expériences de démonstration de transmission d'énergie sans fil en orbite. Des expériences de transmissions d'énergie de l'ordre du kW depuis l'espace jusqu'au sol seront ainsi réalisées. Un petit satellite scientifique actuellement en cours de développement à la JAXA ou le module JEM (Japanese Experiment Module) de la Station Spatiale Internationale serviront de plateforme à ces essais. Le quatrième sujet d'étude est l'établissement d'une feuille de route réaliste en vue d'une commercialisation d'un système SSPS dans les années 2030.
La JAXA a débuté le développement de systèmes de démonstration au sol de la transmission sans fil d'une énergie de 1kW, à la fois par micro-ondes et par laser. Ces expériences devraient être achevées fin 2013. Basée sur le design du système de démonstration au sol, une expérience de transmission d'énergie par micro-ondes depuis l'espace sera réalisée vers 2015. Si les technologies nécessaires à une diffusion par laser sont prêtes à ce moment-là, elles seront également testées depuis l'Espace. Lorsque les expériences de transmission d'énergie au sol et en orbite seront achevées, le choix entre micro-ondes et laser sera effectué. Suite à cette sélection, la JAXA se lancera dans une démonstration de l'ordre de 100kW dans l'espace. A cette étape, toutes les technologies de base auront été vérifiées et la configuration du système SSPS commercial sera sélectionnée. Le coût estimé de la production d'énergie et l'acceptation de cette nouvelle technologie par le public seront des facteurs importants pour cette décision. Des tests pour le SSPS commercial seront réalisés avec des installations capables de produire d'abord 2MW (vers 2020), puis 200MW (vers 2025). La construction d'un SSPS commercial permettant la production de 1GW d'électricité devrait alors débuter dans les années 2030.
La feuille de route de la JAXA semble cependant très optimiste, si l'on considère les obstacles auxquels fait face ce projet. En premier lieu, on note le coût de l'accès à l'espace. Un lanceur réutilisable sera ainsi nécessaire pour la démonstration de la petite centrale de 2MW vers 2020, et un véhicule de transfert orbital sera requis pour la grande centrale de 200MW vers 2025. Répondre à ces exigences sera très difficile, mais les chercheurs de la JAXA estiment que ces objectifs sont réalisables si la communauté du transport spatial s'attaque sérieusement au problème. Enfin, le budget accordé à ces travaux ne semble pas être à la hauteur des activités prévues dans la feuille de route. La JAXA maintient actuellement un niveau minimum en recherche et développement dans le domaine des SSPS, mais rien ne garantit la disponibilité d'un budget pour les années suivantes.
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| Code brève | |||
| Source : | - JAXA Activities for SSPS Research, de Susumu SASAKI, Koji TANAKA, et le JAXA Advanced Mission Research Group (présenté au colloque ISTS en juin 2011) [anglais] | ||||
| Rédacteur : | Martin ROLLAND - adjoint(point)cnes(arobase)ambafrance(tiret)jp(point)org |
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| Origine : | BE Japon numéro 580 (15/07/2011) - Ambassade de France au Japon / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67307.htm | ||||