« Nous maîtrisons l’énergie lunaire » : des cellules solaires faites de poussière de lune prêtes à propulser les missions spatiales vers l’infini et au-delà

Alors que l’humanité se prépare à établir une base sur la Lune, l’un des principaux défis reste l’approvisionnement en énergie. Les missions comme Artemis 3, prévues pour 2026, marquent une étape cruciale vers la création d’un avant-poste lunaire permanent. Cependant, envoyer des panneaux solaires traditionnels depuis la Terre s’avère coûteux et peu pratique. Chaque kilogramme envoyé dans l’espace peut coûter plus d’un million d’euros, rendant cette option économiquement non viable pour une utilisation à long terme sur la Lune. Une solution innovante pourrait toutefois se trouver sous les pieds mêmes des astronautes : la poussière lunaire.

Le pouvoir de la poussière lunaire

La surface de la Lune est recouverte d’une couche poudreuse appelée régolithe. À première vue, ce matériau semble inerte et sans vie, mais les scientifiques pensent désormais qu’il pourrait alimenter les futures colonies lunaires. Plutôt que de transporter des matériaux lourds depuis la Terre, des chercheurs ont montré qu’il est possible de transformer le régolithe lunaire en « verre lunaire », utilisé pour fabriquer des panneaux solaires directement sur la Lune. Dans une étude publiée dans le journal Device, une équipe dirigée par Felix Lang de l’Université de Potsdam en Allemagne a démontré comment la poussière lunaire simulée peut être fondue en verre et utilisée pour créer un nouveau type de cellule solaire.

Ce verre lunaire offre une approche radicalement différente qui utilise les ressources locales et fabrique des systèmes énergétiques sur place. Les panneaux solaires en verre lunaire non seulement réduisent le poids et le coût, mais résistent aussi aux dommages causés par les radiations, un problème majeur pour les technologies actuelles dans l’espace. Cette avancée pourrait transformer la façon dont nous envisageons les infrastructures énergétiques sur la Lune.

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Des cellules solaires plus intelligentes avec les pérovskites

Au cœur de cette innovation se trouve une catégorie de matériaux appelés pérovskites halogénées. Ces cristaux légers et flexibles sont connus pour leur taux de conversion solaire élevé et leurs coûts de fabrication faibles. Ils fonctionnent bien même avec des défauts, tolérant des concentrations d’impuretés entre 1 % et 10 %, ce qui les rend idéaux pour les conditions lunaires, où une fabrication parfaite est difficile.

Les cellules solaires en pérovskite sont remarquablement minces, mesurant seulement entre 500 et 800 nanomètres d’épaisseur, mais puissantes. Avec seulement 1 kilogramme de matériau pérovskite expédié depuis la Terre, les chercheurs pourraient produire environ 400 mètres carrés de cellules solaires. Cette efficacité pourrait alimenter une base lunaire entière. De plus, ces cellules sont très adaptables. En modifiant la bande interdite de la pérovskite, les ingénieurs peuvent créer des cellules solaires à jonctions multiples. Leur résistance unique aux radiations est un avantage supplémentaire, surtout dans l’espace où la protection contre les rayons cosmiques et solaires est cruciale.

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Construire du verre lunaire avec la lumière du soleil

Transformer la poussière lunaire en verre n’est pas aussi complexe qu’il n’y paraît. L’équipe a découvert qu’un four solaire, un dispositif qui concentre la lumière du soleil à l’aide de miroirs ou de lentilles, peut fournir suffisamment de chaleur pour faire fondre le régolithe. Comme la Lune reçoit un flux solaire fort d’environ 1 400 W/m² et n’a pas d’atmosphère pour bloquer la lumière, ce processus est plus efficace que sur Terre.

Le régolithe fondu devient du verre lunaire, qui joue un double rôle. Il agit comme une couche protectrice sur les cellules solaires et remplace les substrats de verre lourd apportés de la Terre. Contrairement aux cellules solaires traditionnelles qui nécessitent du verre ultra-pur ou une feuille, le verre lunaire n’a pas besoin de purification complexe, simplifiant ainsi le processus et réduisant la consommation d’énergie.

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Stable, évolutif et robuste

La durabilité est l’un des plus grands défis pour les technologies spatiales. Les matériaux doivent survivre aux radiations, aux variations de température extrêmes et aux micrométéorites. Le verre lunaire, fabriqué à partir de régolithe impur, possède une teinte brune naturelle qui l’aide à résister à l’assombrissement supplémentaire dans l’espace. Le verre standard fabriqué sur Terre, en revanche, brunit lentement en orbite, bloquant la lumière du soleil et réduisant la production d’énergie.

Grâce à son épaisseur et sa stabilité, le verre lunaire ne se contente pas de protéger les cellules solaires, il facilite également la manipulation et l’installation. Sur Terre, un verre protecteur épais ajouterait trop de poids au lancement, mais fabriqué directement sur la Lune, il devient une solution pratique pour construire des systèmes énergétiques robustes. Avec un ensemble de production modeste, les panneaux solaires en verre lunaire-pérovskite surpasseraient tout ce qui est apporté de la Terre une fois que le système produirait plus de 3 mégawatts de puissance. C’est suffisant pour soutenir une base lunaire abritant environ 200 astronautes, sur la base des besoins énergétiques similaires à ceux de la Station spatiale internationale.

Les avancées technologiques dans l’utilisation des ressources locales et la science des matériaux ouvrent la voie à une colonisation plus durable de la Lune. Cependant, plusieurs questions demeurent : comment la gravité lunaire influencera-t-elle la formation du verre ? Les conditions extrêmes de température sur la Lune mettront-elles à l’épreuve la stabilité des pérovskites ? Ces défis devront être relevés pour assurer un avenir viable aux installations lunaires. Jusqu’où la science pourra-t-elle nous mener dans la transformation de la Lune en un habitat durable pour l’humanité ?

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