Roger Angel est un astronome dont les conceptions novatrices de miroirs de télescope ont radicalement transformé la façon dont nous voyons les étoiles et les galaxies. Il a développé des miroirs légers en nid d'abeille pour les télescopes les plus grands et les plus puissants du monde, notamment le grand télescope binoculaire sur le mont Graham en Arizona et le télescope Giant Magellan en construction au Chili. Il est professeur Regents et responsable du Steward Observatory Mirror Lab de l'Université de l'Arizona (UA), et membre de la «bourse de génie» de MacArthur. En 2010, il a remporté le prestigieux prix Kavli en astrophysique. Mais dernièrement, il pense plus à la vie sur notre propre planète.
«Je m'inquiétais du réchauffement de la planète», déclare Angel, et il avait déjà commencé à envisager des solutions aussi audacieuses (et finalement d'un coût prohibitif) pour placer des pare-soleil géants dans l'espace afin de refroidir la planète. Mais lorsque sa femme lui a demandé: «Ne peux-tu rien faire contre le réchauffement climatique?», Il est devenu sérieux et a commencé à imaginer comment ses miroirs de télescope pourraient être utilisés pour générer de l'énergie propre. Maintenant, Angel a mis au point un système utilisant des miroirs avec de minuscules cellules solaires pour capter la lumière et générer de l'électricité, un système qui a le potentiel d'être plus rentable que tout ce qui est disponible sur le marché.
Essayer d'exploiter la puissance du soleil n'a rien de nouveau; de nombreuses sociétés et inventeurs ont analysé le problème de la collecte, de la conversion et de l'utilisation de l'énergie solaire de la manière la plus efficace possible pendant des décennies. La technologie des cellules photovoltaïques (PV) qui capturent les rayons du soleil s'est améliorée avec le temps, mais il reste encore quelques pièces collantes au puzzle de la production d'électricité solaire. Certains de ces problèmes incluent la quantité de chaleur générée par les techniques existantes, l'espace nécessaire pour les cellules solaires et le coût.
Angel s'attaque à quelques-uns de ces problèmes avec son nouveau système. «C’est une unité autonome complète qui transforme la lumière en énergie et rejette la chaleur», dit-il. Des outils, des bouts de métal, des morceaux de cellules photovoltaïques et d’autres pièces de l’engin sont éparpillés autour de son laboratoire de Tucson. Ensemble, il se composera de plusieurs miroirs carrés fixés à un grand cadre en acier léger qui ressemble à un gymnase de la jungle. Chaque miroir réfléchit la lumière dans sa propre unité de conversion d'énergie en forme de cube installée au-dessus de son centre. La PCU est une petite boîte avec une boule en silice fondue tournée vers le miroir. Lorsque la lumière du soleil frappe le miroir, la forme parabolique du miroir concentre le faisceau directement sur la balle, qui à son tour focalise la lumière sur une matrice incurvée de 36 minuscules cellules PV. Les cellules sont ce qui convertit la lumière en électricité.
Chaque miroir réfléchit la lumière dans sa propre unité de conversion d'énergie en forme de cube installée au-dessus de son centre. (Gracieuseté de Rehnu) 
L'astronome Roger Angel tente d'exploiter la puissance du soleil avec une nouvelle technologie développée pour les télescopes. Le suiveur solaire représenté produit actuellement 2 kW d'énergie électrique. (Gracieuseté de l'Université de l'Arizona) 
Vue rapprochée du système converti, montrant la boule de silice de 5 "de diamètre et le boîtier réfléchissant contenant les cellules à triple jonction. (Avec l'aimable autorisation de l'Université de l'Arizona) «Les cellules transforment environ 40% de la lumière en électricité», a déclaré Angel, soulignant que cela est très efficace pour un système d'énergie solaire. Son innovation comprend également un système de refroidissement utilisant une technologie similaire à celle utilisée pour les puces informatiques et les moteurs de voitures. «Cela permet aux copeaux de rester remarquablement froids: 20 degrés au-dessus de la température de l'air ambiant», dit-il. Le système de refroidissement présente l'avantage supplémentaire de ne pas utiliser d'eau, une ressource particulièrement précieuse dans les déserts où de nombreux systèmes solaires fonctionnent. le liquide de refroidissement recirculé est utilisé à la place.
«Personne n'a jamais construit de système utilisant une structure de cadre spatiale aussi efficace et légère pour minimiser la quantité d'acier et retenir les miroirs. Personne n’a fabriqué de miroirs en verre profondément mordus aussi pratiques et économiques que cela, et personne n’a fabriqué une PCU comme celle-ci », déclare Angel.
Alex Cronin, physicien à l'Université de l'Arizona, qui mène des recherches indépendantes d'Angel sur les cellules solaires PV, est du même avis. Angel "a optimisé [ce système solaire] comme un télescope", explique Cronin. «C’est un exemple d’allongement de l’enveloppe dans une nouvelle direction. Il l'a conçu avec le moins possible d'acier et de fer. À l'avenir, nous verrons plus de cela. Il dirige l'industrie. "
Angel dit que sa conception a un "héritage de l'astronomie". Mais les télescopes en astronomie sont utilisés pour concentrer une lumière très faible et lointaine, alors que les miroirs jouent ici un rôle différent. «Nous sommes passés de l'extrême extrême de la fabrication des miroirs les plus parfaits auxquels vous pouvez penser, aux miroirs au prix le plus bas qui soient« assez bons ». ”
Ils sont peut-être moins chers, mais vous ne voudriez pas rester au centre de l'un de ses miroirs. Angel a récemment testé un miroir de trois mètres de large qui focalisait la lumière du soleil sur un morceau d'acier de six millimètres d'épaisseur. En 15 secondes, la poutre a brûlé un trou dans l'acier de la taille d'un quart.
Outre les miroirs, les autres éléments critiques de son système sont les cellules PV de la PCU. Plutôt que d'utiliser les cellules solaires au silicium typiques, il s'inspire d'en haut: «Ce qui m'a frappé, c'est que récemment, le type de cellules PV utilisées dans l'espace [pour alimenter la station spatiale, par exemple] a été adapté pour une utilisation sur le sol », dit-il. «De la lumière qui les pénètre, vous convertissez deux fois plus d'énergie en électricité.» Cela économise de l'argent et de l'espace dans le système. «Beaucoup de gens ont noté les propriétés merveilleuses» des cellules plus récentes, appelées cellules photovoltaïques à triple jonction, «mais le défi consiste à obtenir la lumière concentrée sur elles sans faire exploser le budget».
Le célèbre scientifique coupe le bruit du réchauffement climatique et expose les faitsAvec l'aide de la boule de silice, la lumière du soleil qui tombe sur le miroir peut être focalisée sur une zone de cellules d'un millième de la taille du miroir, et le coût des cellules devient un dixième de plus par watt généré par rapport au solaire des panneaux qui n'utilisent pas la technologie d'Angel.
L'objectif d'Angel est de créer de l'électricité solaire «à grande échelle» à un prix concurrentiel des combustibles fossiles, chose qui n'existe pas aujourd'hui. «Je pense que ce que nous faisons a de bonnes chances. L'architecture que nous avons développée au cours des dernières années est une nouvelle approche et vise spécifiquement à atteindre le faible coût. ”
Une partie de son rapport coût-efficacité découle de la capacité d'Angel à faire appel aux processus de fabrication déjà en place. Son système breveté et en attente de brevet (couvrant l'assemblage, l'optique et l'utilisation des cellules photovoltaïques) est suffisamment simple pour pouvoir être fabriqué en grande série. Une équipe de scientifiques et d'étudiants diplômés de l'Université de l'Arizona mène actuellement des recherches. façons de rationaliser les méthodes de production de masse.
Même le cadre de ses travaux de recherche et développement permet de réduire les coûts. Le prototype de l'assemblage d'Angel, semblable à une salle de sport, a été construit dans une piscine déserte, derrière une salle de sport sur le campus de l'UA, un lieu abritant autrefois une antenne parabolique pour une chaîne de télévision Tucson. «Cet espace particulier offre une vue parfaite sur le ciel du sud de l'aube au crépuscule et se trouve à deux minutes à pied de mon bureau», dit-il, et la région bénéficie d'environ 350 jours de soleil par an. Un autre avantage d'être en Arizona est que «nous sommes deux à trois heures de retard sur la côte est, ce qui signifie que le soleil brille encore en Arizona au moment où la demande est la plus forte à l'est», a-t-il déclaré.
Angel était en partie amené à développer l'énergie solaire à cause de quelque chose qu'il avait observé sur Terre. Sa maison est près d'une rivière et il a vu la voie navigable se détériorer avec le temps. «La nappe phréatique a diminué de trois pieds depuis que je suis à la maison», dit-il. «La dégradation de la rivière est quelque chose que je vois en temps réel devant mes yeux à cause de la surpopulation. Je me suis réconcilié avec l'assèchement de ma belle rivière, mais je ne veux pas être réconcilié avec une planète qui est vouée à un destin aussi misérable. "
Alaina G. Levine est une rédactrice scientifique basée à Tucson, en Arizona.
