ENGINEERINGNET.BE - Fondée au Luxembourg en 2025, l’entreprise ne se lancera pas immédiatement dans le déploiement de satellites.
Elle se concentre d’abord sur la commercialisation de la transmission d’énergie sans fil par radiofréquence pour des applications industrielles. TerraSpark entend démontrer, étape par étape, que la technologie est sûre, efficace et conforme aux réglementations avant de passer à l’échelle d’un mégaprojet spatial. Ce principe constitue l’un des piliers de sa stratégie. En attendant, la startup prépare un démonstrateur dont le lancement dans l’espace est prévu en 2028.
Parmi les cofondateurs figurent l’entrepreneur en logiciels et CEO Jasper Deprez (Gand/Barcelone), le COO Matthias Laug (Berlin) et le CTO Sanjay Vijendran (Cambridge/Londres), ancien responsable du programme Solaris de l’ESA (Agence spatiale européenne), ayant été impliqué dans la mission Mars Sample Return. Au printemps, TerraSpark a levé 5,4 millions d’euros de capital pre-seed. Les investisseurs sont notamment la société de capital-risque Daphni (Paris), Sake Bosch, l’alliance business angels Better Ventures, le Hans(wo)men Group, le Luxembourg Business Angel Network et Karaoke Club (Nino Subotic et Melinda Elmborg).
Orbites LEO
Selon la vision de Sanjay Vijendran, CTO de TerraSpark, le satellite équipé de panneaux solaires évoluera sur des orbites LEO, à une altitude comprise entre 500 et 2 000 km. En un peu plus d’une heure et demie, il effectuera un tour complet autour de la Terre. S’il se trouve sur une orbite équatoriale, il disposera de huit minutes pour transmettre l’énergie solaire captée à une rectenna au sol. Une constellation de satellites, se succédant avec la précision d’horloger sur la même trajectoire orbitale, pourra envoyer de l’énergie vers un point au sol de manière quasi ininterrompue. Pensez à une île isolée dépourvue d’infrastructures électriques, ou à un site minier hors réseau… L’énergie d’origine spatiale pourrait remplacer les générateurs diesel, par exemple. L’argument clé : « Cette approche permet de réaliser des économies d’infrastructures dans certaines régions du monde, notamment à proximité de l’équateur. »
Une telle constellation devient économiquement viable si elle peut desservir au moins 7 sites, à un coût compris entre 0,3 à 0,5€/kWh. Les clients premium paient déjà jusqu’à 1,2 €/kWh aujourd’hui. C’est ce segment que TerraSpark souhaite cibler.
« Une orbite terrestre basse (LEO) n’est pas la solution optimale à long terme, mais c’est le choix adéquat pour démontrer la viabilité de la technologie. » Il faudra ensuite passer d’une puissance inférieure au mégawatt à plusieurs centaines de mégawatts, puis à des gigawatts en évoluant vers des orbites terrestres moyennes (MEO) et géosynchrones. Dans le même temps, la technologie changera d’échelle, tant pour les équipements de transmission que les panneaux photovoltaïques. Mais tout cela viendra dans un second temps.
Transmission sous les 10 GHz
« Nous visons une fréquence de transmission inférieure à 10 GHz pour envoyer l’énergie vers la Terre. » Un compromis, tout comme pour le choix de l’orbite. Une fréquence plus basse – comme 2,4 GHz (micro-ondes, WiFi, etc. ) – est presque entièrement absorbée pendant la journée dans la couche D (entre 60 et 90 km d’altitude) en raison de collisions avec les molécules de gaz exposées au rayonnement solaire. Une fréquence plus élevée à faible puissance (<250 W/m2) subit moins de pertes à ce niveau. Elle nécessite toutefois un autre type d’antenne, ce qui présente l’avantage de réduire la taille du récepteur lui-même.
Le signal subit une certaine absorption dans l’atmosphère. Par temps dégagé, Sanjay Vijendran table sur une efficience de 95%. Les nuages ou la pluie entre l’émetteur et le récepteur affaiblissent le signal. Lors d’un orage tropical extrême, la perte peut atteindre 35% de la puissance. « L’efficacité du signal dépend fortement de la région du monde où l’énergie est transmise. Même si 80% de l’énergie ne parvient pas à destination, on capterait tout de même au sol 20% d’une quantité initialement colossale. »
Dans un premier temps, TerraSpark enverra un seul faisceau à la fois vers une rectenna. Il est bien sûr envisageable de diriger simultanément les faisceaux de plusieurs satellites vers un même point. L’installation au sol devra alors être configurée pour capter et traiter des densités d’énergie plus élevées. La rectenna peut être couplée à un tampon/une batterie pour emmagasiner l’énergie captée et la restituer progressivement selon la demande.
Rectenna
« À terme, nous voulons fournir des mégawatts aux utilisateurs. » Pour y parvenir, le satellite de collecte déploiera un panneau solaire de 200 m de large. Dans l’espace, les panneaux atteignent une densité de puissance supérieure à celle observée au sol. « Un panneau solaire qui capte le rayonnement 24h/24 et 7j/7 dans l’espace produit en un an 13 fois plus d’énergie qu’un panneau au sol aux Pays-Bas », calcule Sanjay Vijendran.
L’émetteur embarqué doit irradier une rectenna d’un diamètre de 600 m. Le faisceau doit pouvoir être orienté en cours de vol. Comme la rectenna n’est visible que pendant 8 minutes, le faisceau doit pouvoir balayer un angle compris entre +60° et -60°. De plus, la présence de plusieurs sites clients sur une orbite implique que le satellite puisse manœuvrer rapidement.
« Nous devons encore nous décider sur le concept de contrôle. » S’agira-t-il d’une voile solaire ou d’une autre solution? De nombreuses forces entrent en jeu : il y a la pression de radiation solaire, la force de recul exercée par l’émission du faisceau mégawatt, ou encore la nécessité d’ éviter d’éventuelles collisions spatiales. TerraSpark envisage aussi bien une propulsion chimique qu’électrique. En ionisant un gaz (par exemple du xénon) et en projetant les ions chargés à grande vitesse dans l’espace à l’aide de puissants champs électriques et magnétiques, le satellite obtient une poussée efficace dans la direction opposée.
Mais l’entreprise veut d’abord faire ses preuves sur Terre. « L’un des grands défis réside dans la réglementation », indique Sanjay Vijendran. « L’enjeu ne concerne pas tant la technologie que les individus. » TerraSpark veut impliquer le régulateur dès le début du processus afin de s’assurer de son soutien. « Ce n’est qu’ensuite que nous pourrons nous tourner vers des clients ailleurs dans le monde, déployer des satellites sur d’autres orbites et étendre nos constellations. »
Et si…
Le faisceau radio MW d’un satellite collecteur d’énergie de TerraSpark pourrait élever la température au sol d’un quart de degré Celsius. Que se passerait-il si une abeille ou un oiseau traversait le faisceau ? Sur le plan biologique, le risque est pratiquement nul. Et pour un avion ? L’appareil absorberait lui aussi cette énergie sans problème.
Et que se passerait-il si… un grand nombre de satellites dirigeaient simultanément leur énergie vers un même point, à la manière d’un essaim coordonné ? Dans ce cas, la température pourrait effectivement augmenter rapidement. La technologie deviendrait potentiellement un dual use… Pour concrétiser un tel scénario, il faudrait placer une multitude de satellites sur une orbite, proches les uns des autres, pour concentrer le rayonnement sur un point précis.
« Ce n’est à aucun moment notre intention et, techniquement, nous veillons à concevoir un système civil, doté des mesures de cybersécurité utiles », déclare Sanjay Vijendran, CTO de TerraSpark Energy. Dans ce scénario, les satellites défilent les uns après les autres, pendant un temps très court, pour transmettre les signaux RF à la rectenna avant de disparaître du champ de vision et de céder la place au satellite suivant. « Nous voulons rester en deçà des seuils nocifs », précise Sanjay Vijendran, en soulignant l’impact potentiel qu’une superposition de faisceaux pourrait avoir sur l’ionosphère.
Quelques chiffres
TerraSpark prévoit un satellite LEO de 70 tonnes qui, une fois déployé, mesurera 200 m de large, soit plus de 31.000 m2 de panneaux solaires. Le faisceau de transmission pourra couvrir une largeur au sol allant de 0,5 km à 5 km. Selon l’énergie transmise, l’intensité du faisceau pourra atteindre un pic de 250 W/m2 en son centre, la puissance diminuant rapidement vers les bords. La rectenna au sol présentera un rayon de 300 m (0,07 km2). TerraSpark s’intéresse à la technologie GaN pour la conversion de l’énergie RF en énergie CC. Une batterie robuste installée au sol permettra de lisser les pics et les creux de production. L’entreprise vise à garantir une fourniture de 4 MW à un prix inférieur à €300/MWh.
Le public n’aura pas accès à la rectenna. L’ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiations) limite les seuils d’exposition à 50 W/m2 pour les professionnels et à 10 W/m2 pour les consommateurs. La puissance de sortie maximale des smartphones, par exemple, se situe généralement entre 0,1 et 2 Watts (puissance de crête). Pour un réseau wifi, elle est de 0,02 à 0,1 Watt.
