Depuis novembre 2022, nous suivons de près Le projet de Caltech visant à convertir le rayonnement solaire en électricité directement dans l’espace, puis à le renvoyer sur Terre via un réseau sans fil.Ce projet, ambitieux et proche de la science-fiction, résoudrait la seule faiblesse du photovoltaïque, à savoir l’intermittence due à l’alternance jour/nuit.
Expérimentation a officiellement débuté le 3 janvier 2023, à 6h55 (heure locale), avec la mission Transporter-6. chargée de mettre en orbite le module solaire Space Solar Power Demonstrator (SSPD).
Un peu plus d’un an plus tard, Caltech a publié les données recueillies, les succès obtenus et les enseignements tirés.Le banc d’essai spatial a prouvé, sans l’ombre d’un doute, que oui, la transmission d’énergie de l’espace vers la Terre via une structure légère et déployable de panneaux solaires (inspirée de l’ancien art japonais de l’origami) est possible.
« Cette mission cruciale a montré que, dans un avenir proche, nous pourrons disposer d’énergie rayonnée depuis l’espace à des tarifs commerciaux et, plus intéressant encore, que nous pourrons l’envoyer aux quatre coins de la planète.« , a déclaré Thomas F. Rosenbaum, président de Caltech.
Exactement comme lors des lancements de SpaceX, tout ne s’est pas déroulé comme prévu, et les ingénieurs de l’équipe dirigée par Harry Atwater, Ali Hajimiri et Sergio Pellegrino ont dû faire face à plusieurs imprévus et échecs, en trouvant des solutions et des stratagèmes.Non seulement l’expérience a été couronnée de succès, mais chacune des trois équipes en a tiré des enseignements importants.
Par exemple, lors de la mise en œuvre de SWEET (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment, c’est-à-dire la structure « en forme d’origami sur lequel l’équipe de Pellegrino a travaillé et sur lequel repose tout le système de panneaux photovoltaïques et de réseaux de transmission), qui aurait théoriquement duré 3 à 4 jours, l’un des câbles reliant les bras diagonaux aux coins de la structure, permettant leur déploiement, s’est emmêlé, bloquant l’opération d’ouverture et endommageant la connexion entre le bras et la structure.
C’est alors que l’équipe a utilisé le modèle réduit DOLCE pour reproduire le même incident. et, par le biais de les caméras montées sur la structure dans l’espace, a vu que grâce à la chaleur du Soleil, le module pourrait encore se déployer, bien qu’endommagé.
Une fois la structure entièrement mise en place, une nouvelle complication est apparue : une partie de DOLCE s’est en effet retrouvée coincée sous le mécanisme de déploiementune éventualité qui ne s’était (évidemment) jamais produite en laboratoire.
En utilisant le même modus operandi que précédemment, donc le modèle et les caméras, l’équipe a pu reproduire ce type de problème en laboratoire et a identifié la stratégie pour le résoudre : en exploitant les actionneurs de DOLCE ils ont fait vibrer l’ensemble de la structure et ont libéré la partie coincée. Selon M. Pellegrino, les leçons tirées de cette expérience serviront de base au prochain mécanisme de mise en œuvre.
ALBA, un ensemble de 32 types de cellules photovoltaïques différentes, étudiées et conçues par l’équipe d’Atwater, qui a fait ses preuves pendant 240 jours en orbite, le comportement de différents matériaux dans des conditions spatiales difficiles, leur trajectoire de dégradation et leur efficacité.
Parmi les 32 cellules, certaines appartenaient à la « les plus élevées »c’est-à-dire à la catégorie des cellules solaires spatiales également utilisées par la Station spatiale internationale, et dont le coût est en moyenne 100 fois plus élevé que celles utilisées sur Terre en raison d’un processus très particulier appelé « croissance épitaxiale » qui consiste à faire croître des films cristallins dans une orientation spécifique sur un substrat.
L’équipe d’Atwater a également envoyé en orbite des cellules spatiales non épitaxiées à faible coût, produites par des procédés peu coûteux et évolutifs (semblables à ceux utilisés pour fabriquer les cellules solaires en silicium d’aujourd’hui) et avec des des semi-conducteurs composites à haute performance tels que l’arséniure de gallium et les cellules en pérovskite.
Au cours de la vie d’ALBA, les universitaires ont enregistré une énorme variabilité dans les performances des cellules en pérovskite, alors que les cellules en arséniure de gallium à bas prix ont toujours donné de bons résultats.
Enfin MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), une série de transmetteurs de puissance à micro-ondes flexibles et légers basés sur des circuits intégrés personnalisés à commande temporelle, développés par l’équipe Hajimiri. a démontré en juin la faisabilité de la transmission d’énergie sans fil entre l’espace et la terre.
Les expériences MAPLE se sont poursuivies pendant huit mois après les premières démonstrations, l’équipe a poussé les émetteurs au maximum de leurs capacités, afin d’identifier leurs limites et leurs points faibles.iEn comparant les performances de l’émetteur au début et à la fin de la mission, l’équipe a mesuré le stress de MAPLE, et donc la baisse de puissance transmise sans fil, découvrant la raison de cette baisse en la dégradation de certains éléments de transmission individuels dans le réseau et certaines interactions électriques et thermiques complexes dans le système.
« Ces observations ont déjà conduit à des révisions dans la conception de divers éléments de MAPLE et DOLCE, ainsi qu’à une nouvelle sélection de cellules solaires spatiales pour ALBA, qui seront probablement plus grandes que celles envoyées lors de cette première expérience. Le travail acharné et le dévouement des brillants scientifiques de Caltech ont fait avancer notre rêve de fournir au monde une énergie abondante, fiable et abordable pour le bénéfice de toute l’humanité ».Donald Bren, président de la société Irvine et membre à vie de la communauté de Caltech, qui, avec son épouse Brigitte Bren, administratrice de Caltech, a soutenu le projet avec un financement de plus de 100 millions de dollars.
Vous trouverez ci-dessous les articles que nous avons consacrés au projet d’énergie solaire de Caltech dans l’espace :
