Transmission d’énergie sans fil

En l'état actuel de nos connaissances, les panneaux solaires sont les seuls candidats susceptibles de subvenir aux besoins énergétiques d'une expédition martienne, si on considère qu'il est trop dangereux d'emmener un réacteur nucléaire. Mais le plus grand éloignement de Mars par rapport au Soleil fait qu'il arrive ,au mieux, seulement la moitié du rayonnement disponible sur Terre. Aussi la puissance fournie par ce type de dispositifs ne permet de faire fonctionner les rovers qui arpentent la planète en été uniquement. Ils sont obligés de rester en stand by pendant tout l'hiver, c'est à dire 6 mois terrestres à peu près dans l'hémisphère nord, la plus ensoleillée. (l'axe de rotation de Mars, plus incliné que celui de la Terre, fait qu'il y a de fortes disparités entre les deux hémisphères. L'année martienne dure 23 mois terrestres environ. La première mission habitée se posera forcément au nord, en été.) Ainsi, avec une surface d'1,3 m², les panneaux solaires d'Oppurtunity peuvent fournir jusqu'à 1kW-heure dans des conditions optimales, mais cela tombe à 200 W-heure en hiver, soit tout juste assez pour maintenir ses besoins vitaux qui sont de 150 W-heure .Cela ne poserait pas de problème à une mission habitée si seules les saisons pouvaient produire ces variations, mais un autre phénomène provoque les mêmes effets : les légendaires tempêtes de poussière, qui sont elles imprévisibles et peuvent être planétaires, comme en 1971 et 2001 dans une moindre mesure.

La solution pour augmenter la quantité d'énergie disponible consisterait peut être à la produire ailleurs qu'à la surface de la planète, dans l'espace, puis à la transmettre au sol. Il suffirait de faire remonter le module de propulsion des cargos inhabités ayant servi à amener le fret sur une orbite stationnaire au dessus du lieu choisi pour l'implantation de la base, puis de reconvertir l'alimentation des moteurs ioniques en centrale énergétique ; la transmission pourrait s'effectuer par micro-ondes. Ce module ferait aussi office de relais pour les communications avec la Terre, Opportunity ne dispose que de 10 minutes de connexion à un débit satisfaisant (32kbits/s) lorsque Mars Odyssey, resté en orbite basse, passe dans son champ de vision. Il en faudra plusieurs pour former un réseau qui puisse assurer la permanence du lien avec les terriens.

L'idée de transmettre l'énergie à distance sans aucun support matériel n'est pas neuve, Nikola Tesla y travaillait déjà en son temps, elle est aujourd'hui en plein développement sous le nom de Witricity, pour wireless electricity. A l'automne 2010, les Chinois ont annoncé qu'ils commercialiseraient sous peu une télévision totalement dépourvue de câbles, y compris pour son alimentation. Pour l'instant le système n'est vraiment performant que sur de faibles distances, l'exemple le plus connu est celui de l'induction qui permet de recharger une batterie ou de faire chauffer une casserole avec un rendement exceptionnellement bon sans qu'il y ait contact direct avec la source d'énergie. La distance est certes très réduite, mais ce n'est pas qu'un fantasme de science fiction, l'énergie traverse bel et bien la plaque vitrocéramique ou le plastique.

Pour augmenter la portée du dispositif, il convient d'utiliser d'autres fréquences du rayonnement électromagnétique ; les micro-ondes sont les meilleures candidates à ce jour, mais il est difficile de les focaliser sur de très longues distances et la puissance nécessaire à l'alimentation en énergie les rend dangereuses, à moins de les diluer, ce qui augmente considérablement la taille des antennes pour les collecter, le laser serait idéal, il se voit et peut être coupé instantanément au cas où il dévierait de sa cible. Depuis octobre 2010, LaserMotive détient le record de durée de vol pour un drone de moins d'un kilo, plus de douze heures, grâce à l'alimentation de sa batterie par laser. La même start-up avait déjà remporter un prix pour avoir propulsé un robot le long d'un câble de 900m à l'aide de la même technologie ; son rendement est de l'ordre de 20% à l'heure actuelle.

En 1975, la NASA a mené une expérience de transmission par micro-ondes sur une distance d'un kilomètre, pour ce faire, elle utilisait une antenne d'écoute de l'espace profond en guise de collecteur. Les résultats ont été tout à fait satisfaisants, 82% de l'énergie envoyée a pu être récupérée, soit une perte à peine plus élevée que les 15% d'une ligne classique. A partir de 1994, une étude a été menée sur l'île de la Réunion, elle avait pour but de relier au réseau le village de Grand Bassin qui se trouve dans une vallée très difficile d'accès, ce qui entraîne des coûts très élevés même pour une alimentation par la voie classique, une transmission sans fil aurait l'avantage de préserver le paysage. Cela a donné lieu a une démonstration sur 50m, effectuée dans un gymnase le 16 mai 2001. Bien qu'elle ait été couronnée de succès, il semble que le projet ait du mal à aller plus avant, d'une part à cause des difficultés techniques, en particulier la synchronisation des magnétrons nécessaire à la formation du faisceau, elles ont été résolues en 2004, mais aussi à cause de la réticence actuelle envers les ondes de tous types qui remet en cause leur innocuité pour l'environnement et la santé.(dans notre cas le seuil maximal a été fixé à 5mW par mètre par précaution) Ce dernier critère prend beaucoup moins d'importance lorsqu'il s'agit d'une entreprise aussi périlleuse qu'une expédition vers Mars, la perspective d'un conflit nucléaire le rendrait encore beaucoup plus relatif.

Trêve de mauvais esprit, la ténuité de l'atmosphère martienne, sa pression n'est que de 610 Pa en moyenne alors qu'elle est d'environ 101 000 Pa sur Terre, est un avantage qui facilite la réalisation d'un système de transmission d'énergie sans fil, cela diminue les risques de dispersion par le phénomène de claquage, c'est à dire de formation d'arcs électriques semblables aux éclairs provoqués par les orages. Cela se produit lorsque la quantité d'énergie qui traverse l'air dans le faisceau dépasse la capacité d'isolation de l'air environnant. Moins il y a d'air plus le faisceau peut être puissant, mais il ne faudrait pas se retrouver dessous au cas où il raterait sa cible. Il convient donc de vérifier en permanence son alignement à l'aide d'un laser, en l'absence du nuages, rien ne s'oppose à son passage.

Tout cela ne résout pas le problème des tempêtes de poussière qui empêcheraient le système de fonctionner correctement. Il faudra donc à terme être capable de stocker l'énergie pendant une période qui dépasse largement la durée de la nuit martienne. Les batteries qui sont utilisées dans ce but présentent l'inconvénient d'être lourdes, aussi serait-il judicieux de produire une forme de carburant sur place, soit de l'hydrogène, mais là aussi son stockage est assez problématique, non pas à cause des risques d'explosion comme sur Terre où l'oxygène représente 18% de l'air engendrant le danger, sur Mars, le taux tombe à 0,13%, mais en raison du volume qu'il prend à l'état gazeux sous une pression aussi faible. Ou alors nous pourrions peut être essayer de produire des combustibles plus classiques, des huiles, des sucres ou de l'alcool, ainsi que l'oxygène nécessaire à leur combustion et accessoirement à la respiration des astronautes, grâce à des microorganismes, ce qui nous ferait entrer dans le cadre d'une révolution biologique comparable à la révolution industielle du XIXème siècle. La chlorophylle est le meilleur outil pour convertir l'énergie solaire en combustible, le bois, le charbon, le pétrole ou le gaz naturel n'existent que grâce à elle. L'oxygène que nous respirons aussi.