Le stockage d’énergie dans l’espace est un élément clé pour permettre une exploration spatiale durable et des opérations continues, permettant aux engins spatiaux et aux habitats de fonctionner de manière fiable, même en l’absence de lumière solaire directe.

Contrairement aux systèmes énergétiques terrestres, qui bénéficient d’un accès abondant et constant aux ressources, les applications spatiales font face à des défis uniques : variations extrêmes de température, exposition aux radiations et limitations strictes en masse.

Les défis uniques du stockage d’énergie dans l’espace

Les engins spatiaux et les satellites doivent fonctionner en continu, souvent dans des environnements où la lumière du soleil est absente pendant de longues périodes — comme lors des éclipses, des missions dans l’espace profond ou lorsqu’ils évoluent du côté sombre d’une planète. Le stockage de l’énergie produite par des sources intermittentes, comme les panneaux solaires, est donc essentiel pour maintenir l’alimentation des systèmes de communication, des instruments embarqués, de la propulsion et du soutien-vie.

Approches historiques et classiques de stockage d’énergie

Historiquement, le stockage d’énergie dans les engins spatiaux reposait sur des piles primaires, comme les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd), qui offraient une alimentation fiable sur une durée limitée. L’évolution vers les batteries rechargeables au nickel-hydrogène (Ni-H2) a marqué une avancée majeure, permettant plusieurs cycles de charge et de décharge. Aujourd’hui, les batteries lithium-ion (Li-ion) dominent les applications spatiales grâce à leur densité énergétique élevée, leur durée de vie plus longue et leur faible taux d’autodécharge. Elles sont utilisées pour alimenter la Station spatiale internationale et les satellites en orbite terrestre.

Technologies avancées et émergentes de stockage d’énergie

Piles à combustible : Les piles à combustible produisent de l’électricité par des réactions électrochimiques, souvent à partir d’hydrogène et d’oxygène stockés à bord ou générés de manière régénérative. Elles offrent une grande efficacité et une fiabilité élevée, fournissant une puissance continue sans la dégradation de capacité typique des batteries.

Batteries à état solide : Représentant la prochaine frontière technologique, les batteries à état solide remplacent les électrolytes liquides ou gélatineux par un matériau solide. Cette innovation améliore la stabilité, réduit les risques de fuite ou d’incendie, et pourrait élargir leur plage de température de fonctionnement. Si elles sont adaptées avec succès à l’espace, elles pourraient offrir des solutions plus sûres et plus denses en énergie.

Stockage thermique : Le stockage thermique consiste à capter et conserver de la chaleur, qui peut ensuite être convertie en électricité selon les besoins. Par exemple, des réservoirs de sels fondus peuvent emmagasiner l’énergie thermique collectée par des systèmes solaires concentrés. Ce concept pourrait être adapté aux engins spatiaux en récupérant la chaleur produite lors de conversions énergétiques ou de réactions chimiques, puis en la restituant pendant les cycles de production d’électricité.

Volants d’inertie : Les volants d’inertie stockent l’énergie sous forme d’énergie cinétique de rotation, en faisant tourner un rotor à très haute vitesse dans un environnement sous vide et à suspension magnétique, pour réduire les frottements. Lorsqu’un courant électrique est nécessaire, l’énergie cinétique est reconvertie en électricité. Ces systèmes offrent une longue durée de vie, des cycles de charge/décharge rapides et une densité de puissance élevée.

Stockage gravitationnel : Des propositions théoriques explorent l’utilisation de l’énergie potentielle gravitationnelle en déplaçant des masses lourdes verticalement, à l’image du stockage hydroélectrique pompé sur Terre, mais adapté aux stations spatiales ou bases planétaires. Bien que cette méthode exige une infrastructure conséquente, elle promet une grande efficacité et un potentiel de stockage renouvelable.

Concevoir des systèmes de stockage pour les missions dans l’espace profond

Les missions dans l’espace profond, au-delà de l’orbite terrestre, imposent des exigences accrues. Les concepteurs doivent trouver un équilibre entre capacité de stockage, poids, fiabilité et tolérance aux pannes. La redondance devient cruciale, car les possibilités de réparation sont rares, voire inexistantes. L’énergie solaire reste la méthode principale de production, mais devient moins efficace à mesure qu’on s’éloigne du Soleil, où l’intensité du rayonnement diminue.

Le Dr Robert Zubrin, ingénieur aérospatial reconnu et fervent défenseur de l’exploration martienne, a déclaré un jour : « Dans l’espace, la gestion de l’énergie est une question de vie ou de mort pour l’équipage et la survie de la mission. » Cette mise en garde souligne le rôle vital que jouent les technologies de stockage dans la faisabilité des missions.

De même, le Dr Wernher von Braun, pionnier des technologies de fusée, insistait sur l’importance des infrastructures énergétiques : « La conquête de l’espace exigera de nouvelles méthodes pour capter et stocker l’énergie — des méthodes efficaces, compactes et fiables. » Cette vision reste d’actualité à mesure que les missions spatiales deviennent de plus en plus ambitieuses.

Perspectives d’avenir

L’avenir du stockage d’énergie dans l’espace repose sur l’innovation continue et l’adaptation. Des technologies émergentes comme les batteries lithium-air, qui offrent théoriquement une densité énergétique encore supérieure, ou les systèmes de stockage inspirés du vivant, utilisant des molécules biologiques pour stocker l’énergie chimique, ouvrent des pistes prometteuses.

Le stockage d’énergie dans l’espace exige des solutions résilientes, efficaces et légères, capables de relever les défis environnementaux uniques et les contraintes des missions. Si les batteries lithium-ion dominent aujourd’hui, les progrès dans les piles à combustible, les batteries à état solide, le stockage thermique et les systèmes mécaniques comme les volants d’inertie ouvrent de nouvelles voies vers une énergie spatiale durable.