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La centrale solaire spatiale et ses enjeux

Dans la perspective de remédier à leurs problèmes d’indépendance énergétique, les japonais ont par exemple repris à leur compte le projet de centrale solaire orbitale initié par l’américain Peter Glaser en 1968 qu’ils comptent réaliser à l’horizon 2040 (Electicité sans fil: le Japon bat un record de puissance et de distance. Futura-sciences). Elle devrait être dotée de deux panneaux solaires de 3km², elle pèserait alors autour de 20 000 tonnes. Le coût de la mise en orbite d’une masse aussi importante serait certes exorbitant, mais il faut le comparer au coût de développement d’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), le futur réacteur expérimental pour la fusion nucléaire qui a récemment été revu à la hausse, passant de 8 à 16 milliards d’euros. Cette dernière technologie n’offre aucune garantie de succès alors que celle de la centrale solaire orbitale utilise des composants qui ont déjà été depuis longtemps éprouvés. Les japonais participent aussi à ce projet, ils ont décidé de ne pas mettre tous leurs œufs dans le même panier. L’un des gros problèmes de la recherche européenne est qu’elle investit des sommes colossales dans de grands projets comme ITER ou le LHC (Large Hadron Collider) au lieu de financer de nombreuses expériences plus modestes qui pourraient s’avérer tout aussi déterminantes pour la science et l’industrie si on prend en compte le principe d’émergence qui veut que le tout suit des règles qu’on ne peut pas déduire de l’analyse de ses parties. Bien que la recherche du boson de Higgs soit tout à fait passionnante, surtout si on découvrait qu’il n’existe pas car cela obligerait les chercheurs à proposer un nouveau modèle pour la physique, son coût handicape les travaux qu’il faudrait mener dans les autres domaines, la chimie et la biologie en particulier.

Depuis 1997, la NASA a elle aussi recommencé à étudier la faisabilité d’un tel dispositif par l’intermédiaire du système SBSP (Space Based Solar Power) qui vise à résoudre les différents problèmes liés à sa réalisation. Outre ceux de poids et de transmission (voir Transmission d’énergie sans fil et Objectif Mars) qui ont déjà été évoqués, se pose celui de l’usure des cellules photovoltaïques qui détermine la durée de vie de la centrale. Si le positionnement dans l’espace donne l’avantage d’une meilleure exposition au rayonnement solaire en évitant les pertes dues à la réfraction de l’atmosphère, il accélère d’autant le vieillissement des panneaux, tout comme c’était le cas pour les premières cellules vivantes qui ne bénéficiaient pas encore de la protection anti-UV de la couche d’ozone ni de coquille calcaire.

Pour remédier à cet inconvénient, les chercheurs s’inspirent directement des mécanismes mis en place par les organismes qui pratiquent la photosynthèse, ils visent à reproduire la fonction qui leur permet de s’autoréparer. L’idée peut paraître complètement folle, mais depuis peu des chimistes du MIT (Massachusets Institute of Technology) sont parvenus à cette incroyable performance qui nous rapproche de ce que j’ai appelé « conception biologique des machines »(cf « La Recherche » N° 446 de Novembre 2010 p30« Mimer les plantes pour produire de l’électricité »). Pour réaliser cet exploit; ils se servent de quatre types de molécules plongées dans une solution aqueuse et d’un agent tensioactif, le cholate de sodium. Deux de ces molécules sont issues de la membrane de Rhodobacter sphaeroides, une bactérie capable de photosynthèse, les deux restantes étant d’une part une chaîne de lipides et de l’autre un nanotube de carbone. Ces ingrédients réunis permettent d’assembler et de désassembler des cellules photovoltaïques à volonté, selon le principe de l’autoconstruction, déterminant dans l’organisation de tous les systèmes vivants, cher au codétenteur du prix Nobel de chimie 1987, Jean-Marie Lehn.

Quand elles sont dans l’eau, ces quatre molécules forment automatiquement une cellule photosensible, mais elles se dissocient lorsqu’on ajoute du cholate de sodium, elles se réarrangent lorsqu’on le retire. Aussi suffit-il de filtrer les molécules endommagées par la lumière pour les remplacer par d’autres qui sont intactes pour obtenir à nouveau des cellules solaires parfaitement fonctionnelles. Il suffit pour cela de stopper momentanément la production d’électricité le temps d’effectuer le processus d’introduction/retrait de l’agent tensioactif, c’est à dire de littéralement mettre le dispositif en sommeil à l’instar des algues qui plongent vers les abysses pour se régénérer pendant la nuit (voir La révolution bleue §3). Cette phase pourra être entreprise un panneau à la fois, à la manière des dauphins dont un hémisphère dort pendant que l’autre reste en veille pour s’assurer qu’ils remontent à la surface pour respirer pendant leur temps de repos. Cela pourra avoir lieu lorsque les consommateurs que nous sommes sont à leur tour plongés dans les bras de Morphée, au minimum de notre consommation d’énergie.

L’absence d’une atmosphère protectrice pose encore un autre problème, celui des micrométéorites qui risquent d’endommager les panneaux alors qu’elles se consument avant d’atteindre le sol lorsqu’ils se trouvent sur Terre. Il faudra donc que la centrale soit en mesure de réparer toute seule les trous qui pourraient apparaître dans les membranes photosensibles qui seront exposées à ce risque faute de pouvoir bénéficier du même blindage que le corps de l’engin, ce qui revient à lui donner la capacité de cicatriser. Les futures habitations martiennes devront être dotées de la même fonction, les deux dispositifs pourraient d’ailleurs être constitués à partir du même type de structures gonflables.

Ce genre de projets existe depuis les années 1960 mais aucun n’a pu aboutir à cette époque à cause de difficultés techniques comme la réalisation de la liaison entre structure souple et structure rigide sans qu’il n’y ait de fuite et plus encore par manque de crédits pour les résoudre. L’évolution des matériaux ainsi que la perspective du développement d’une industrie du tourisme spatial ont récemment provoqué un regain d’intérêt de la part d’entreprises privées pour cette technologie innovante. ILC Dover a par exemple présenté un projet de tentes lunaires dans l’optique d’un possible retour des Etats-Unis sur l’astre de la nuit, mais Bigelow Aerospace semble être la firme la plus avancée dans ce domaine, elle a déjà placé en orbite deux modules expérimentaux depuis 2006. Ils ont donné des résultats fort satisfaisants avec une durée de vie estimée à 10 ans alors que les ingénieurs tablaient initialement sur un an seulement. Aussi le lancement d’un troisième prototype est-il envisagé d’ici à 2014. Cette future station spatiale destinée à accueillir un hôtel-casino restera dans la proche banlieue de la Terre, elle pourra donc être rapidement évacuée en cas de problème; son exploitation ne nécessitera pas obligatoirement qu’elle puisse s’auto-réparer comme dans le cadre d’une mission d’exploration lointaine.

Le mécanisme d’auto-réparation de ces structures gonflables devra être comparable à celui de la paroi de nos cellules lorsqu’elles se retrouvent percées, par exemple par une aiguille, comme c’est le cas de l’ovocyte pour une fécondation in vitro par injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes. Seule une faible quantité de cytoplasme est éjectée lors du retrait de l’aiguille, la cellule ne se vide pas de sa substance avant de se refermer, elle garde ainsi toute sa fonctionnalité. Cela dépendra directement des propriétés du matériau utilisé sans qu’il n’y ait besoin d’aucune intervention extérieure.

Si la régénération des cellules photovoltaïques et l’auto-réparation des panneaux solaires devraient être en mesure d’assurer un temps de vie assez long au dispositif, il n’est pas à exclure que des pannes plus importantes surviennent, comme ce fut le cas pour Deep Space 1 avec les caméras du système autonav. Il faudra alors remplacer les pièces endommagées pour que la centrale continue à fonctionner normalement. Comme il est aussi coûteux que périlleux d’envoyer des techniciens pour ce faire, cette mission devrait être confiée à des robots. Ils pourraient rester à demeure sur l’engin en état de veille avec un stock des pièces de rechange identifiées comme les plus fragiles, la durée de vie d’un système étant déterminée par son élément le plus faible, mais on peut aussi imaginer qu’ils fassent partie d’un module autonome qui se chargerait alors de l’entretien de plusieurs centrales, voire de leur démantèlement pour récupérer les pièces intactes en cas de panne irréversible.

Les micro-organismes: une culture d’avenir

Après ce petit rappel historique (voir Le jour où l’Empire du Soleil Levant s’est éveillé), revenons en donc à nos moutons, ou plutôt à nos poissons, car faute d’espace à consacrer à l’élevage de bétail, c’est dans le domaine de la pisciculture que nos amis nippons ont mis en place une politique ambitieuse qui vise à atteindre leur autosuffisance alimentaire d’ici une quinzaine d’années. Aussi prometteur soit-il, ce mode de production recèle pourtant un inconvénient majeur. Il ne résout en rien le problème de la diminution alarmante des réserves halieutiques lorsqu’on utilise les techniques actuelles. En effet, il faut bien que les poissons mangent si nous voulons les consommer à notre tour et la plupart des espèces que nous élevons ne se nourrissent pas d’autre chose que d’autres poissons. Il faut alors en moyenne 4kg de poissons sauvages pour obtenir un seul kilo de poissons d’élevage. Bien au contraire de réduire le pillage des océans auquel nous nous livrons, la pisciculture, telle qu’elle est pratiquée, l’accentue encore en l’étendant aux espèces qui n’ont pas d’intérêt pour l’alimentation humaine.

Pour atteindre leur objectif, les japonais devront donc s’attacher à produire l’aliment qui constitue le premier maillon de la chaîne trophique, c’est à dire le plancton et plus particulièrement le phytoplancton dans lequel sont incluses nos fameuses cyanobactéries (voir La révolution bleue) parmi des centaines d’autres organismes aquatiques. Certaines de ces espèces sont non seulement impropres à la consommation mais sécrètent de plus des toxines qui peuvent être mortelles. La première étape de leur production à grande échelle consiste par conséquent à sélectionner rigoureusement les souches qui présentent un intérêt nutritif et à empêcher celles qui sont indésirables de pénétrer dans le milieu de culture. Cela ne pourra donc pas se faire sans risque à l’air libre, mieux vaut un milieu fermé ou l’air et l’eau seront exempts de toute contamination biologique. Pour l’air, une simple filtration devrait suffire, mais l’eau devra être exposée à une forte dose d’UV (délivrée par des leds dans un souci d’économie d’énergie) de manière à détruire les organismes pathogènes, voire être irradiée comme cela se fait couramment avec les fruits et légumes pour éviter qu’ils ne pourrissent trop vite. Si la même opération est répétée après l’extraction de la biomasse, le milieu de culture sera alors complètement isolé du milieu naturel, ce qui ouvre la voie à de possibles cultures génétiquement modifiées en évitant qu’elles ne se retrouvent à proliférer en liberté, sauf accident (mais on peut aussi les modifier pour qu’elles soient dépendantes d’une protéine qu’elles synthétisent normalement et qu’elles ne trouveront pas ailleurs que dans le milieu de culture pour sécuriser encore plus le processus). Cette technique pourrait s’avérer très utile pour fabriquer des médicaments à moindre coût; d’autant plus si on se trouve loin de tout, par exemple sur Mars où il deviendrait possible d’emporter une grande variétés de remèdes en très petites quantités pour les faire se multiplier au cas où on en aurait besoin.

Ensuite il faudra optimiser les conditions de culture, soit reproduire celles de l’efflorescence algale ou algal bloom en anglais, ce qui traduit mieux l’explosion de vie que cela représente. Ce phénomène s’est surtout fait connaître ces dernières années par l’intermédiaire des « marées vertes » qui viennent s’abattre sur les plages de nos vacances. (dans ce cas ce ne sont pas des microalgues qui prolifèrent, mais des algues de grande taille. Leur accumulation peut produire des gaz toxiques lors de leur décomposition, mais cette couche répugnante sert aussi de refuge à de nombreux organismes bénéfiques pour l’environnement qu’il serait judicieux de laisser en place. Cela illustre bien la difficulté qu’il y a à concilier des intérêts divergents. Le même cas de figure se présente pour les zones humides et les marais qui sont très utiles pour la biodiversité mais où les moustiques vecteurs du paludisme et autres maladies sont légions, ce qui les rend complètement insalubres pour l’Homme. D’où l’idée qu’il vaudrait mieux s’isoler au maximum de l’environnement naturel de manière à ce que chacun soit en mesure d’évoluer indépendamment de l’autre, l’humanité étant devenue quelque peu envahissante.)

Cette prolifération incontrôlable, visible sur des zones gigantesques depuis l’espace, se produit lorsque trois facteurs sont réunis. Il faut à la fois une température idéale pour l’eau, souvent de fortes chaleurs mais avant tout beaucoup de lumière, et une forte concentration en nutriments, nitrates, phosphates ou matières organiques en suspension, souvent apportés de nos jours du fait d’activités humaines telles que l’agriculture ou le rejet des eaux usées des grandes villes ou d’usines. Dans le premier cas on peut citer les côtes bretonnes où l’élevage porcin intensif est souvent pointé du doigt comme cause et dans le second celui des grands lacs d’Amérique du nord où l’urine des nombreux habitants des rivages déversée à flots au cours des années 1950 à 1970 suffit à expliquer le phénomène.

Malgré cela, il ne faut pas oublier que les efflorescences algales ont été décrites bien avant qu’elles puissent être imputées à la civilisation humaine, certains chercheurs expliquent la prolifération du phytoplancton visible dans les couches sédimentaires par la fonte des glaces qui lessivent les sols à la fin des ères glaciaires et entraînent donc l’augmentation de la concentration en nutriments dans les océans. Au Moyen âge certaines espèces de couleur rouge ont pu laisser croire que l’eau se transformait en sang, les animaux moins superstitieux que nous venaient alors la boire sans modération, elles étaient par conséquent déjà interprétées comme une mise en garde des puissances supérieures contre nos comportements hérétiques, il suffit de consulter Wikipédia pour constater que nous n’avons pas beaucoup changé depuis, mais elles sont la plupart du temps d’origine tout à fait naturelles. Le lac rose au Sénégal en est un bon exemple, sa très forte salinité (plus de 380g de sel par litre, celle de l’eau de mer n’est que de 35g/l) ne permet qu’à peu de microorganismes de s’y développer; leur population explose lorsque souffle un vent chaud et sec, ce qui lui donne sa teinte caractéristique. En plus de leur croissance ultra rapide, les bactéries, qu’elles pratiquent la photosynthèse ou non, ont l’avantage de pouvoir se développer dans les milieux les plus variés, y compris les plus extrêmes, qu’ils soient très chauds, très acides ou basiques, ou encore très salés selon les espèces.

Au lieu de nous alarmer et de culpabiliser face aux effets de ce mécanisme, nous devrions au contraire essayer de l’utiliser à notre avantage. « N’ayez pas peur » comme le disait Jean-Paul II ou pour les mécréants comme moi, donnez la même réponse que Pierre-Gilles de Gênes quand un journaliste lui demandait pourquoi il avait choisi de faire de la science: « pour ne pas avoir peur de n’importe quoi ». Reproduire les conditions des efflorescences algales devrait pouvoir nous aider à transformer ce que nous envisagions jusqu’ici comme une pollution en matière première indispensable à notre développement futur, de la recycler tout en protégeant l’environnement de nos activités par la même occasion. D’une part nous avons besoin de composés azotés, de matières organiques que nous fournissent les élevages intensifs de porcs ou de poulets ainsi que les eaux usées de nos villes et d’autre part du CO2 de nos industries pour enrichir le milieu de culture. Nous pourrions de plus utiliser l’énergie thermique dissipée en pure perte dans l’atmosphère par ces dernières pour chauffer l’eau à température idéale pour une croissance rapide de ces incroyables microorganismes. Au résultat nous devrions obtenir glucides, lipides (voir futura-sciences un biocarburant superpropre qui nettoie l’air…et l’eau) et protéines en abondance.

Il suffirait de rapprocher ces différentes activités et de les agencer judicieusement à la manière des organites des cellules eucaryotes. Il n’y a qu’à penser que les bactéries que nous abritons dans notre système digestif sont à peu près 10 fois plus nombreuses que les cellules qui composent notre corps tout entier et qu’elles vivent dans des conditions de température et d’acidité qui se trouvent rarement dans la nature pour se rendre compte que se sont elles qui nous ont conçu, à la fois comme abri et comme véhicule autonome capable de rechercher tout seul la nourriture dont elles ont besoin, dans le but de proliférer sans encombres. Nous serions bien inspirés d’essayer de les imiter. (j’ai toujours trouvé très étrange que les ministres du culte tournent leurs yeux vers le ciel pour se rapprocher de leur créateur alors que pour moi il se trouve réellement en chacun de nous, tapi dans les tortueux méandres de nos tripes). Nous ne sommes rien d’autre qu’un ver qui a un peu évolué, Amélie Nothomb avec sa Métaphysique des tubes ne me contredira certainement pas (je n’en dirais pas autant pour le Japon qu’elle connaît infiniment mieux que moi), et sans vers de terre nous n’existerions tout simplement pas. Sachons nous rendre aussi indispensables qu’eux.

De très récentes recherches démontrent que les bactéries de la flore intestinale des mouches sont capables d’influencer leur choix en ce qui concerne leur partenaire sexuel, certainement par l’intermédiaire des phéromones qu’elles sécrètent. Elles participent donc directement à la sélection des individus qui se reproduisent. Il faut dès lors prendre en compte le rôle non négligeable que joue la flore intestinale dans l’évolution de l’espèce. Même pour nous les humains, l’odeur de l’autre est un critère de compatibilité essentiel qui a largement été étudié. Elle dépend de ce que nous mangeons ainsi que des microorganismes qui vivent à la surface de notre peau. La population bactérienne et son hôte forment un tout dont les destins sont intimement liés: l’holobionte.(Elles pourraient même influer directement sur notre comportement en contrôlant l’expression des gènes de certaines parties de notre cerveau. Cf: –Des bactéries prennent le contrôle de notre cerveau– Futura-Sciences le 4 février 2011 et Les bactéries intestinales régulent les taux de l’hormone de l’humeur Futura-sciences le 15 juin 2012)

La culture de microalgues en réacteur ainsi que celle de fruits et légumes hors sol ou encore celle des insectes riches en protéines dont nous nous servirions soit pour nous nourrir directement soit pour nourrir des animaux tels que les poissons, les porcs ou les volailles pourrait ainsi devenir l’élément primaire du système digestif des super-organismes que sont nos villes, l’équivalent des mitochondries ou des chloroplastes des eucaryotes. Bien que ce système devrait permettre de limiter au maximum les pertes grâce au recyclage, il faudra néanmoins qu’il soit alimenté par une source d’énergie extérieure pour qu’il ne dépérisse pas.

La réalisation de ce dispositif demande une réelle volonté politique, soit sereinement grâce à la prise de conscience de son potentiel par nos gouvernements, mais plus probablement dans l’urgence suite à une crise mondiale majeure qui perturbera gravement les échanges commerciaux et fera ressurgir le spectre de la pénurie. Seuls les Japonais en proie à une stagnation de leur économie depuis plusieurs décennies semblent avoir pris la mesure du problème et tentent par conséquent d’y remédier.

Le jour où l’Empire du Soleil Levant s’est éveillé

Le Japon, qui n’est certes pas un pays pauvre mais qui est très dépendant de ses importations en ce qui concerne l’énergie et l’alimentation, a des projets très ambitieux qui ont pour but de lui rendre son autonomie par rapport au reste du monde. Il n’est peut être pas inutile de rappeler que l’Empire du Soleil Levant a mené une politique d’isolement volontaire, le Sakoku, pendant 250 ans, entre 1641 et 1854, afin de ne pas tomber sous la domination coloniale d’étrangers qui se seraient appropriés leurs ressources naturelles comme le cuivre et l’argent. De fait les îles nippones sont les seules à ne jamais être tombées sous la domination européenne.

 

Ce n’est qu’en 1868 avec l’avènement de l’ère Meiji que le pays s’est résolument ouvert au commerce international, essentiellement sous la pression des américains, suite à l’expédition du commandant Matthew Perry et de ses canonnières de 1853. Avant cela, les échanges commerciaux se limitaient à ceux avec la Compagnie néerlandaise des Indes orientales, la Chine et la Corée, et ils devaient tous transiter uniquement par Nagasaki; tout étranger ou japonais exilé qui voulait pénétrer sur le territoire national devait recevoir l’autorisation du Shogun sous peine de condamnation à mort.

 

Cette période correspond avec le début de l’intervalle historique dont nous vivons en ce moment la fin, celui de l’hégémonie américaine. En 1868, les Etats-Unis ont trouvé leur unité politique après la guerre de sécession (1861-1865), le premier conflit moderne ayant impliqué l’emploi des technologies issues de la révolution industrielle, à savoir le télégraphe et le chemin de fer. Les Prussiens se sont largement inspirés des observations faites lors de ce conflit pour planifier la guerre qu’ils ont mené contre la France en 1870, qui a directement conduit à celle de 1914-1918 puis à la deuxième guerre mondiale, c’est à dire au suicide de l’Europe faute d’avoir su construire son unité. (voir Naissance du dernier empire européen 1, 2,3)

 

Pendant que les européens prenaient inconsciemment la voie qui les conduirait à leur perte, le Japon faisait venir à grand frais ses meilleurs experts de toutes nationalités suivant leurs domaines d’excellence pour réaliser une transition rapide d’un système féodale archaïque vers une organisation moderne capable de s’adapter à la complexité d’un monde déjà globalisé à cette époque. Il y réussit tant et si bien qu’il a pu se doter de colonies telles que Taiwan ou les îles Pescadores et signer un traité d’alliance avec la Corée avant la fin du XIX ème siècle. Il participa à la première guerre mondiale aux côtés des futurs vainqueurs avant que son ambition expansionniste ne le pousse à défier ses anciens alliés au cours du second conflit planétaire du XX ème siècle. Sa sous estimation de la puissance militaire américaine le conduisit à son tour à sa ruine, il se retrouva occupé pour la première fois de son histoire. (il vivait jusque là dans le souvenir de sa résistance face à la tentative d’invasion menée par les chinois alors sous domination mongole à la fin du XIII ème siècle, grâce au Kamikaze, le « vent divin », un typhon qui envoya la flotte par le fond après de nombreuses tentatives de débarquement, toutes infructueuses, les samouraïs s’étant révélés invincibles en combat rapproché. Au XVII ème siècle ce sera au tour des japonais d’envoyer leur flotte à la conquête des ports chinois, avec un peu plus de succès et la même résultat de fermeture à toute influence étrangère de la part de l’Empire du Milieu. Cet acharnement à défendre l’intégrité de son territoire peut servir à justifier l’utilisation de la bombe atomique bien que la précipitation de son emploi s’explique surtout par une volonté de réduire au maximum l’influence soviétique dans la région. Cela n’a pas suffit à empêcher que l’armée rouge envahisse une partie de la Mandchourie, mais au contraire provoqué le conflit de 1950 qui a mené à la scission de la Corée, premier épisode chaud de la guerre froide)

 

L’ Histoire de cette région du monde reflète particulièrement bien ces mouvements d’ouverture/fermeture successifs (voir Plus dure sera la chute, La victoire et la crise…)et aujourd’hui avec la montée en puissance de l’influence chinoise, le Japon se prépare naturellement à devoir vivre à nouveau en autarcie en attendant que la conjoncture lui redevienne plus favorable. Conscient de la fragilité que lui confère son insularité, il essaye d’anticiper les conséquences de la concurrence accrue de son encombrant voisin sur les marchés de l’énergie et de l’alimentation et travaille à son autonomie dans les deux domaines. D’après « 2033 Atlas des futurs du monde » de Virginie Raisson (éd. Robert Laffont), le Japon devrait chuter à la huitième place dans le classement des économies mondiales d’ici 2050 alors qu’il est actuellement troisième. Standard & Poor’s vient d’ailleurs d’abaisser la note de sa dette à long terme de AA à AA- le 27 janvier.

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