Ottobrunn, au sud de Munich. Au sein d’un vaste hangar, une équipe d’Airbus achève de mettre en œuvre une intrigante expérimentation. D’un côté, une antenne émettrice de 4m², alimentée en électricité par des panneaux photovoltaïques situés à l’extérieur du bâtiment. De l’autre, à une distance de 36 mètres, une antenne réceptrice semblable reliée à une petite station de production d'hydrogène, une maquette d’une petite ville et, Oktoberfest oblige, un frigo rempli de bières. Et là, surprise : après émission de l’onde, ces équipements se mettent en route, les bâtiments de la maquette s’illuminent. L’énergie a été transmise par voie aérienne. «Nous venons d’achever cette installation il y a seulement quelques jours», glisse Jean-Dominique Coste, responsable chez Airbus Blue Sky, une entité du groupe chargée d’explorer les concepts de rupture.
Derrière ce test insolite mené par l’avionneur européen, un projet fou – dénommé Solaris – porté par l’Agence spatiale européenne (ESA) qui en a dévoilé les contours, mardi 27 septembre, dans les locaux du groupe, très impliqué. A savoir : capter l’énergie solaire dans l’espace et l’envoyer sur Terre sous forme de micro-ondes et la transformer en électricité. Alors que Siemens Energy vient tout juste de s’associer à ce projet européen qui doit encore être financé, Airbus assure avoir entamé des discussions avec plusieurs acteurs de l’énergie sur le sujet. Et affiche déjà un ambitieux calendrier : un démonstrateur aérien dans trois ans et un autre dans l’espace dans cinq ans, puis une première ferme solaire spatiale dans 10 ans et une installation équivalente à une centrale nucléaire pour 2040. Et si la solution aux enjeux énergétiques et climatiques se trouvait en partie dans l’espace ?
Airbus Airbus expérimente le transfert d'énergie via deux antennes de 4m² distantes de 36 mètres (copyright: Airbus)
Améliorer l'efficacité du système
Demain, d’imposantes fermes solaires situées en orbite géostationnaire, aussi puissantes que des centrales nucléaires, pourraient transmettre de l’électricité sur Terre pour alimenter des villes entières. Une source d’énergie décarbonée, disponible en abondance et de manière continue, répondant aux besoins pressants de souveraineté en la matière. « Ce n’est plus de la science-fiction, mais bien un concept qui pourrait très bientôt faire partie de notre futur », s’enthousiasme Sanjay Vijendran, physicien responsable à l’Agence spatiale européenne (ESA) du projet Solaris. Il faut dire qu’une course mondiale s’est engagée depuis peu sur ce sujet, avec en tête les Etats-Unis et la Chine, mais aussi le Japon, le Royaume-Uni et l’Inde.
Principal obstacle, d’ordre technologique : assurer l’efficacité de la transmission d’énergie entre l’espace et la Terre. Une fois l’énergie électrique collectée par les panneaux, elle devra être convertie en micro-ondes par une antenne pour être réceptionnée par une deuxième antenne au sol assurant la conversion inverse. «La grande majorité des pertes se situent au niveau de ces phases de conversion», précise Jean-Dominique Coste. Sur son site munichois, Airbus emploie des antennes fournies par une start-up néo-zélandaise, Emrod, fondée en 2019 par Greg Kushnir. Aujourd’hui, l’efficacité globale de l’installation expérimentale d’Airbus s’élève à 5%. «Pour que le projet soit viable à terme, nous devons atteindre un rendement total de 20%», prévoit Jean-Dominique Coste. Des systèmes de lentilles gonflables pourraient encore augmenter la densité des rayons solaires et permettre d'atteindre une efficacité de 40%. Car cette efficacité sera clé pour le modèle économique du concept.
Construire des fermes solaires dans l'espace
Un deuxième verrou technologique va devoir être levé : la construction dans l’espace des fermes solaires. Au vu des dimensions en jeu, impossible pour un lanceur d’héberger de telles installations. Pour produire l’équivalent d’une centrale nucléaire, soit entre 1 et 2 GW, le système solaire spatial devra avoir une superficie de plusieurs kilomètres carrés. « Nous avons développé des robots autonomes capables d’assembler ce type de structures », souligne Christophe Figus, responsable robotique chez Airbus Defence and Space. Cette année, deux bras robots de 15 kilos ont déjà assemblés en moins de 8 heures un réflecteur entier, à Toulouse, avec une précision de 0,5 mm. L’expert vise une démonstration similaire mais cette fois-ci dans l’espace pour 2026. «L’objectif est de parvenir à faire une construction fiable, viable économiquement et reproductible », résume-t-il. Ce type de robots, se déplaçant comme des vers, auront-ils la capacité de fabriquer des installations de bien plus grande dimension ?
Airbus Airbus développe des bras robots autonomes qui pourraient être capables d'assembler des structures dans l'espace (copyright: Airbus)
Mais les promoteurs de l’énergie solaire spatiale en ont bien conscience : les enjeux liés à la sécurité et à l’acceptation sociétale détermineront en partie l’avenir de cette solution. Raison pour laquelle les micro-ondes ont été préférées au laser, de plus grande densité énergétique. A voir les débats, en particulier en France, sur le déploiement de la 5G, la présence de larges faisceaux de micro-ondes pourrait susciter une levée de boucliers. «Au sol, le rayon d'une installations de grande puissance pourrait se situer entre 1 et 6 km, soit l'équivalent d'une mine ou d'un site nucléaire qui pourraient être reconvertis pour l'occasion», assure Jean-Dominique Coste. Un encombrement au sol qui dépendra des densités énergétiques autorisées: plus la densité sera faible, de l'ordre de 10 W/m² par exemple, plus le faisceau sera large, plus elle sera élevée, environ 200 W/m², plus le faisceau sera étroit. Une gestion de la taille du faisceau qui pourrait être ajusté via l'intelligence artificelle. Et à l’heure où les problèmes liés à la pollution spatiale commencent à être pris au sérieux, ces installations solaires de grande envergure seront-elles vues d’un bon œil par les pouvoirs publics et les populations ?
Des questions qui ne doivent pas faire oublier que le concept visant à exploiter l’énergie solaire captée depuis l’espace est loin d’être neuf. Apparu dans les années 70 puis tombé en désuétude, il effectue un retour en force comme en témoigne le réexamen de sa viabilité par la Nasa cette année. « Il y a une forte convergence de facteurs qui expliquent le regain d’intérêt de ce concept, en particulier le défi climatique et un accès indépendant à l’énergie, soutient Jean-Dominique Coste. Nous sommes à un point d’inflexion. » En ajoutant à cela une réduction drastique du coût d’accès à l’espace avec le new space, une baisse du prix des composants électriques et une nette amélioration du rendement des panneaux photovoltaïques, l’heure de l’énergie solaire spatiale pourrait avoir sonné.
Vers un réseau d'énergie, comparable à celui des télécoms
Si l’ESA et Airbus sortent du bois aujourd’hui, cela ne doit rien au hasard. Fin novembre aura lieu la réunion des ministres européens chargés de l’espace. Une occasion en or de décrocher un financement : alors que l’ESA y voit un moyen de contribuer à l’objectif d’une économie neutre en carbone en 2050, elle veut convaincre de la nécessité de financer une étude de faisabilité, d’environ 60 millions d’euros. Le concept est-il vraiment faisable d’un point de vue technique ? Un modèle économique viable verra-t-il le jour ? L'ESA espère pouvoir présenter les résultats de son étude en 2025. Et met en avant les conclusions de deux études distinctes, menée par les cabinets de conseils Roland Berger et Frazer-Nash : avec un prix compris entre 50 et près de 250 euros le MWh, le solaire spatial pourrait à terme être aussi compétitif que le nucléaire terrestre et davantage que les énergies fossiles. Le montant de la construction pour une grande installation pourrait s'établir entre 8 et 33 milliards d'euros suivant les scénarios et son exploitation sur 30 ans entre 7,5 et 31 milliards d'euros, les estimations basses étant bien sûr prises pour cibles. Soit une somme espérée d'environ 20 milliards d'euros.
Malgré les nombreuses incertitudes de ce projet et son caractère futuriste, Airbus affiche une ferme intention de le concrétiser, avec ou sans le concours de l’ESA. L’avionneur européen est d’ailleurs associé au projet britannique, pour l’heure indépendant de Solaris. Il faut dire que les experts du groupe qui phosphorent sur le sujet voient large et imaginent à l’avenir la mise en œuvre d’un réseau énergétique similaire au réseau de télécommunications. Un dessein vertigineux : les fermes solaires pourraient recharger des avions en plein vol, lesquels serviraient de relais pour d’autres aéronefs, et même des satellites, voire alimenter des sites de production d’hydrogène vert au sol dont l’usage est poussé par Airbus. Et pour réduire l’usage des lancements d’équipements, pourquoi ne pas produire les matériaux dans l’espace ? «Après tout, la régolithe lunaire contient de la silice et des métaux, tout ce qu’il faut pour produire des panneaux solaires en mettant à profit l'impression 3D», imagine Christophe Figus. Si les financements sont encore à trouver, les idées, elles, fusent de toutes parts.
