Des scientifiques internationaux, dont une équipe de l’université écossaise Heriot-Watt, ont annoncé leur intention de mettre au point une nouvelle méthode révolutionnaire de collecte de l’énergie solaire dans l’espace. Cette nouvelle technologie convertirait directement la lumière du soleil en faisceaux laser, ce qui faciliterait la transmission d’énergie sur de grandes distances, par exemple entre des satellites, de satellites à des bases lunaires ou même vers la Terre. Leur approche s’inspire de la manière dont les bactéries et d’autres plantes et organismes convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique, un processus connu sous le nom de photosynthèse. La réutilisation des structures photosynthétiques naturelles constituera un élément clé de la nouvelle technologie laser.
En cas de succès, cette technologie innovante pourrait aider les agences spatiales mondiales à alimenter des projets futurs tels que des bases lunaires ou des missions sur Mars, et ouvrir de nouvelles voies pour la transmission terrestre d’énergie sans fil et des solutions énergétiques durables à l’échelle mondiale.
Le projet APACE, doté de 4 millions d’euros, est financé conjointement par le Conseil européen de l’innovation et Innovate UK, qui fait partie de UK Research and Innovation. Il réunit des chercheurs du Royaume-Uni, d’Italie, d’Allemagne et de Pologne pour créer un nouveau type de laser solaire qui fournira une énergie fiable et efficace au nombre croissant de satellites et aux futures missions spatiales.
Le système utilisera des complexes d’antennes photosynthétiques provenant de bactéries sulfureuses violettes et vertes, qui permettent un transfert d’énergie efficace à près de 100 % grâce à la formation de super états radiants.
L’équipe souhaite d’abord réaliser son idée dans des conditions de laboratoire, avant de tester et d’affiner son aptitude à être déployé dans l’environnement spatial.
L’équipe de recherche commencera par extraire et étudier le mécanisme naturel de récolte de la lumière à partir de types spécifiques de bactéries qui ont évolué pour survivre dans des conditions de luminosité extrêmement faible. Ces bactéries possèdent des antennes moléculaires spécialisées capables de capter et de canaliser presque tous les photons de lumière qu’elles reçoivent, ce qui fait d’elles les capteurs solaires les plus efficaces de la nature.
Parallèlement, l’équipe développera des versions artificielles de ces structures et de nouveaux matériaux laser capables de fonctionner avec les capteurs de lumière naturels et artificiels. Ces composants seront ensuite combinés en un nouveau type de matériau laser et testés dans des systèmes de plus en plus grands.
Contrairement aux panneaux solaires conventionnels à semi-conducteurs, qui convertissent la lumière du soleil en électricité, ce système bio-inspiré repose sur une plate-forme organique durable susceptible d’être reproduite dans l’espace. Il permettrait alors la distribution directe de l’énergie sans dépendre d’un intermédiaire électrique.
Le professeur Erik Gauger, de l’Institut de photonique et de sciences quantiques de l’université Heriot-Watt, dirige les aspects de modélisation théorique du projet. Il explique :
« La production durable d’énergie dans l’espace, sans dépendre de composants périssables envoyés de la Terre, représente un défi de taille. Pourtant, les organismes vivants sont experts en matière d’autosuffisance et d’auto-assemblage. Notre projet ne se contente pas de s’inspirer de la biologie, il va encore plus loin en s’appuyant sur des fonctionnalités qui existent déjà dans la machinerie photosynthétique des bactéries pour réaliser une percée dans le domaine de l’énergie spatiale. »
« Notre projet APACE vise à créer un nouveau type de laser alimenté par la lumière du soleil. La lumière du soleil est généralement trop faible pour alimenter directement un laser, mais ces bactéries spéciales sont incroyablement efficaces pour collecter et canaliser la lumière du soleil à travers leurs structures de récolte de la lumière conçues de manière complexe, qui peuvent effectivement amplifier le flux d’énergie de la lumière du soleil vers le centre de réaction de plusieurs ordres de grandeur. Notre projet utilisera ce niveau d’amplification pour convertir la lumière du soleil en un faisceau laser sans avoir recours à des composants électriques.
« Nous savons déjà qu’il est possible de cultiver des bactéries dans l’espace, par exemple grâce aux études menées sur la Station spatiale internationale. Certaines bactéries résistantes ont même survécu à l’exposition à l’espace libre ! Si notre nouvelle technologie peut être construite et utilisée sur des stations spatiales, elle pourrait contribuer à produire de l’énergie localement et même permettre d’envoyer de l’énergie à des satellites ou de la renvoyer sur Terre à l’aide de faisceaux laser infrarouges.
« Cette technologie a le potentiel de révolutionner la manière dont nous alimentons les opérations spatiales, en rendant l’exploration plus durable tout en faisant progresser la technologie des énergies propres sur Terre. Toutes les grandes agences spatiales prévoient des missions lunaires ou martiennes et nous espérons contribuer à les alimenter ».
Les principales innovations techniques comprennent le développement de milieux de gain supramoléculaires combinant des complexes d’antennes photosynthétiques ou artificielles avec des unités laser spécifiquement conçues, ainsi que de nouvelles conceptions de cavités pour le fonctionnement des lasers à micro- et macro-échelle.
L’équipe de recherche espère que son premier prototype sera prêt à être testé d’ici trois ans.
Source : Heriot-Watt University – Traduction enerzine.com
Légende illustration : Image zénithale de la station spatiale internationale
