auteurs

1. Emmanuelle RioEnseignante-chercheuse, Université Paris-Saclay
2. François GranerDirecteur de recherche CNRS, Université Paris Cité
3. Roland LehoucqChercheur en astrophysique, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Déclaration d’intérêts

Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme d

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Dans l’espace, le soleil brille toujours. Ce qui suscite l’idée – folle ? – de déployer d’immenses panneaux solaires en orbite de la Terre pour alimenter l’humanité en électricité. Pas de nuages qui s’interposent, pas d’alternance jour-nuit : on évite ainsi l’« intermittence », un des gros défauts de l’énergie solaire sur Terre.

Une telle centrale solaire orbitale a d’abord été proposée en 1941 par Isaac Asimov, dans une nouvelle intitulée Reason. Depuis, l’idée a gagné des partisans et se diffuse – si séduisante qu’en août 2022 on apprit, par le biais de son directeur général, que l’Agence spatiale européenne y réfléchit. Londres affirme aussi vouloir lancer 30 gigawatts de panneaux solaires en orbite dès 2045, tandis que Washington et Pékin ont également annoncé travailler dans cette voie.

De fait, l’énergie solaire est l’une des énergies les plus acceptables dont nous disposions.

L’idée d’envoyer des centrales photovoltaïques dans l’espace est-elle crédible technologiquement ? Peut-être… mais, comme on va le voir, elle ne permet pas de répondre à l’urgence du défi climatique.

Sous le soleil

L’énergie solaire est disponible en grande quantité et distribuée sur toute la surface du globe. Certes plus au Maroc, avec ses 3 000 heures d’ensoleillement par an, qu’en Norvège, moitié moins éclairée. En outre, cette énergie génère peu de déchets, aucune émission de gaz à effet de serre pendant sa phase de production d’électricité, et peu sur l’ensemble de son cycle de vie, comparée aux sources fossiles. Bref, parmi les énergies renouvelables, l’énergie solaire a bonne presse. Rien n’étant parfait, les panneaux solaires sont gourmands en silicium et en cuivre. Surtout, l’ensoleillement cesse la nuit, et… quand il y a des nuages.

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Mais dans une centrale orbitale, ni nuit ni nuages ! Les panneaux solaires seraient en orbite géostationnaire, à 36 000 kilomètres d’altitude. Ils passeraient dans l’ombre de la Terre moins de 1 % du temps. C’est bien mieux qu’en orbite basse : en effet, la station spatiale internationale, à 450 kilomètres d’altitude, à cause du passage régulier dans l’ombre de la Terre, voit ses panneaux solaires perdre environ 30 % de la puissance d’ensoleillement.

Comment ramener l’énergie sur Terre ?

Commençons par oublier la transmission par câble, car un câble de cette longueur, même s’il était réalisable, donnerait des frayeurs à tous les avions et satellites.

Bien que plus séduisant, oublions aussi le laser. Même en fonctionnant dans la gamme de longueurs d’onde que l’atmosphère laisse passer (« la fenêtre atmosphérique »), les interactions du faisceau avec les molécules de l’air (absorption et diffusion) compliqueraient singulièrement la transmission d’énergie, et ce d’autant plus que l’humidité et la couverture nuageuse sont importantes. Cela susciterait aussi quelques inquiétudes quant à l’usage militaire d’un dispositif aussi puissant : on parle ici de transférer des gigawatts, soit mille fois plus qu’un laser militaire capable de neutraliser un véhicule blindé.

L’option qui a actuellement le vent en poupe consiste à convertir l’énergie lumineuse recueillie en électricité, à son tour convertie en un faisceau de micro-ondes envoyé vers le bas. Ce faisceau serait capté par la région de la surface terrestre située à la verticale, où il y serait reconverti en électricité.

La compagnie Airbus a récemment annoncé le succès d’un essai au sol réalisé à Munich avec la compagnie Emrod : une antenne émettrice de 2 mètres de diamètre convertissant une puissance initiale de 10 kilowatts en micro-ondes de 5,8 gigahertz a permis de transférer 2 kilowatts à 36 mètres de distance.

Quel gain d’énergie par rapport à une centrale au sol ?

Le fait même que des entreprises testent le procédé suggère qu’il sera peut-être économiquement viable. Mais la physique impose quelques limites, en termes de gain en énergie, d’occupation d’espace et de rythme de mise en place.

Premier avantage sur le papier : un panneau solaire en orbite géostationnaire toujours bien orienté face au Soleil, et non soumis aux aléas des nuages, fournit selon nos calculs environ trois fois plus d’énergie que son homologue dans une région bien exposée, comme le Sahara par exemple. Cela peut paraître beaucoup, mais ce n’est pas à la hauteur des enjeux. En effet, la double conversion (d’électricité en micro-ondes, puis à nouveau en électricité) occasionne nécessairement des pertes : actuellement, on perd la moitié de la puissance. Le gain réel, par rapport à une centrale au sol, n’est donc pas de trois, mais seulement 1,5.

Peut-il compenser l’inconvénient (voire l’impossibilité) d’intervenir pour la maintenance, et ce que la mise sur orbite représente comme dépense de matériaux, d’énergie, d’argent, et comme pollution ?

Quelle surface au sol ?

Second avantage sur le papier : la centrale orbitale est censée éviter l’accaparement et l’artificialisation de la surface terrestre, utilisable pour bien d’autres choses (habiter, cultiver, préserver…)

En réalité, capter l’énergie envoyée par une centrale orbitale, disons quelques gigawatts comme on peut l’imaginer à terme, nécessite une très grande surface au sol. En effet, un faisceau de micro-ondes n’est pas une fine ligne droite, ni a fortiori un faisceau convergent comme pourraient le faire croire une habile perspective ou une illustration réellement fausse. C’est un cône divergent : pointe fine au départ, base large à l’arrivée.

Ce phénomène appelé « diffraction » n’est pas anecdotique. Une étude de la NASA publiée en 1978 discutait le cas d’une centrale solaire orbitale capable de délivrer au sol une puissance de 5 gigawatts (à partir de 75 gigawatts de lumière solaire captée). Elle exigeait une antenne d’émission de 1 kilomètre de diamètre placée en orbite et une antenne de réception au sol de 13 x 10 kilomètres (un peu plus que la superficie de Paris), si la transmission d’énergie se faisait avec un faisceau micro-ondes dont la fréquence est de 2,45 gigahertz.

La dimension de l’antenne peut être réduite en utilisant une gamme de fréquences plus élevée tout en restant capable de traverser l’atmosphère, en tout cas tant que cette dernière n’est pas trop humide. La fréquence de 100 gigahertz pourrait être un bon compromis : l’antenne en orbite aurait alors 30 mètres de diamètre, et serait associée à une surface de captage au sol de 3,6 kilomètres de diamètre (cent douze fois le diamètre de l’antenne), soit une superficie au sol de l’ordre de 10 kilomètres carrés.

Comparons ceci à la taille des plus puissantes centrales solaires terrestres : Bhadla en Inde, de 8 kilomètres de diamètre, ou Benban, en Égypte, 7 kilomètres de diamètre, ont des puissances installées respectives de 2,2 et 1,7 gigawatts. Autrement dit, le gain escompté en allant dans l’espace s’avère décevant : l’emprise au sol est du même ordre que celle d’une centrale terrestre d’une puissance comparable.

Faire vite

Enfin, pensons à la course de vitesse contre le changement climatique. Il faut fermer beaucoup de centrales thermiques le plus vite possible. Quelques gigawatts placés en orbite dans dix ou vingt ans ne pèsent guère face aux 66 gigawatts de panneaux installés au sol rien qu’en Chine en 2022. Et surtout face à la décroissance indispensable au vu de la crise actuelle de l’énergie, de la matière et de l’environnement : nous devons réduire, maintenant et massivement, notre consommation totale d’énergie. En effet, la seule énergie complètement propre est celle qui n’est pas consommée.

auteurs

1. Gaël ChételatDirectrice de recherche INSERM, Inserm
2. Antoine LutzDirecteur de Recherche, co-responsable de l’équipe EDUWELL : Neurosciences de l’Expérience Subjective et Entraînement Mental, INSERM U1028 – CNRS UMR5292, Inserm

Déclaration d’intérêts

Gaël Chételat a reçu des financements de l’Horizon 2020 de l’Union européenne (programme de recherche et innovation Horizon 2020) de la Fondation d’entreprise MMA des Entrepreneurs du Futur, de la Fondation Alzheimer, du programme hospitalier de recherche clinique, de l’Agence nationale de la recherche, de la région Normandie, de l’Association France Alzheimer et maladies apparentées, des Fondations Vaincre Alzheimer, Recherche Alzheimer et pour la Recherche médicale. Elle est membre du comité consultatif externe (EAB) du Lifebrain H2020, du comité opérationnel de la Fondation Plan Alzheimer, des groupes consultatifs scientifiques d’imagerie de l’European et du consortium de prévision de la maladie d’Alzheimer (EPAD), UE (non rémunéré).

Antoine Lutz a reçu des financements de l’Horizon 2020 de l’Union européenne (programme de recherche et innovation Horizon 2020, et programme ERC consolidator), de l’agence Nationale de Recherche Française (ANR) , et de la Fondation d’entreprise MMA des Entrepreneurs du Futur. Antoine Lutz est membre de l’association Mind & Life Europe.

Partenaires

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La méditation est une pratique en plein essor, à laquelle sont prêtés de nombreux bénéfices sur la santé, tant physique que mentale. De plus en plus d’études suggèrent qu’elle pourrait améliorer le bien-être et la santé mentale dans le vieillissement, et notamment réduire les risques de développer une maladie neurodégénérative : un atout qui pourrait s’avérer crucial alors que l’espérance de vie augmente, ce qui va de pair avec un vieillissement de la population.

Aujourd’hui en France, sur 67 millions d’habitants, 19,6 % ont plus de 65 ans et ce chiffre est en constante hausse. L’espérance de vie est de 78,4 ans pour les hommes et de 84,8 ans pour les femmes ; en 2060, elle devrait être respectivement de 86 et 91,1 ans – soit un gain de plus de 6 ans attendu. Or la santé des seniors pose des questions spécifiques. En parallèle à l’accroissement de la durée de vie, un nombre toujours plus important de personnes est affecté par la maladie d’Alzheimer ou d’autres maladies neurodégénératives conduisant à une démence. Près de 15 % des adultes de plus de 60 ans souffrent ainsi de pathologies associées au vieillissement.

La préservation de la bonne santé mentale de ce public est donc un véritable enjeu et toute stratégie préventive est à considérer. Or, les effets réels de la méditation n’ont jamais vraiment été investigués scientifiquement dans cette optique.

C’est l’objectif de notre dernière étude publiée, menée dans le cadre du projet Age-Well (programme Silver Santé Study) – une première, dont nous présentons ici les résultats et les perspectives.

Pourquoi la méditation

Toute une série de facteurs de risque pour les maladies neurodégénératives a été identifiée : tabagisme, pollution, mauvaise alimentation, inactivité physique, etc. Les techniques pour les contrer sont nombreuses : pratiquer une activité physique et un entraînement cognitif, avoir un bon régime alimentaire (méditerranéen de préférence), suivre un programme d’éducation à la santé cardiovasculaire… Plusieurs études évaluent ces pratiques.

Mais d’autres facteurs de risque, dont certains sont amplifiés lors du vieillissement, restent largement sous-estimés par la recherche : dépression, stress, anxiété, problèmes de sommeil (qui touchent une personne de plus 60 ans sur deux), sentiment de solitude et d’exclusion sociale, etc. Et il n’existe pas de programmes d’intervention préventive scientifiquement étayés ciblant directement ces facteurs de risque psycho-(socio-)affectifs.

C’est cette carence que nous avons souhaité combler en étudiant les effets de la méditation dans le cadre du projet européen H2020 Silver Santé Study.

La pratique de la méditation se distingue justement par le fait de cibler directement ces facteurs psycho-(socio-)affectifs, en plus d’être un excellent entraînement cognitif. Elle s’est montrée par exemple efficace pour réduire le stress, la dépression, l’anxiété… Ce sujet d’étude étant récent, il n’y a pas encore de données solides, dans le cadre d’essais contrôles randomisés, sur les éventuels impacts de la méditation sur la cognition et le cerveau dans le vieillissement.

Les techniques de méditation les plus pratiquées et utilisées en recherche sont des techniques séculaires de pleine conscience (Mindfulness en anglais). Il s’agit d’une forme d’entraînement mental, incarnée dans une posture corporelle stable et détendue. Elle cherche à cultiver une nouvelle manière de se relier aux émotions, pensées et sensations, qui soit plus ouverte, accueillante et bienveillante. Il ne s’agit donc pas seulement de relaxation ni de se forcer « à ne penser à rien ». L’aspect religieux et les croyances associées au Bouddhisme sont absents.

Il existe désormais différents programmes développés sur huit semaines, standardisés et accessibles à tous.

Ils aident, avec des exercices simples, (observation, ressenti de la respiration…), à entrer en contact avec son mental afin de prendre conscience des réactions affectives spontanées ou des perceptions erronées qui peuvent amplifier le stress ou les ruminations. Ce qui permet d’être plus présent dans ce que l’on fait, d’être plus consciemment présent sur ce que l’on vit, de moins s’éparpiller.

Ces programmes sont étudiés en détail depuis bientôt 40 ans et utilisés au quotidien dans des centaines d’hôpitaux à travers le monde. Des méta-analyses synthétisant ces résultats ont démontré un effet positif sur la cognition, la régulation du stress et des conditions cliniques comme la dépression ou l’anxiété.

Ce gage de sérieux, qui donne la garantie d’une pratique rigoureuse (MBSR), a permis sa diffusion.

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Un programme de recherche sans équivalent

Dans le cadre du projet de recherche européen H2020, impliquant onze équipes de recherche dans six pays, nous avons mis en place un programme de méditation de 18 mois. Notre but : en étudier l’impact sur de multiples facteurs associés au vieillissement à la maladie d’Alzheimer via des essais cliniques (ici, Age-Well, dont nous avons récemment publié les premiers résultats dans la revue Jama Neurology). Une infrastructure adaptée, où ont été mobilisés les outils d’imagerie nécessaires, a été mise en place au centre Cycéron.

Notre protocole a plusieurs points forts, rarement réunis, à savoir une large cohorte, un long temps d’étude et un éventail très varié de mesures :

• Nous avons suivi un panel de 137 participants de plus de 65 ans, distribués en trois groupes : un recevant un entraînement à la méditation (45 personnes), un suivant une activité cognitive (ici, l’apprentissage d’une langue étrangère ; 46 personnes) et un groupe contrôle (pas d’activité spécifique ; 46 personnes).
• Dans ce genre d’étude, les temps d’observation sont habituellement plus courts que dans notre étude (2 à 6 mois) et le taux d’attrition (c’est-à-dire la proportion de participants qui quitte l’étude) est d’environ 15 %. Ici, en 18 mois, et malgré les contraintes (venir toutes les semaines pour une session de 2 heures avec un enseignant + une pratique quotidienne individuelle, assistée par une tablette, de 20 min ou plus), nous n’avons pas eu d’abandon. Ce qui laissait supposer une forte implication des participants et un ressenti positif.
• Notre originalité reposait également sur la diversité des mesures menées, avant et après l’essai : recherche de lésions (présence de dépôts amyloïdes liés à Alzheimer, etc.), analyse de la connectivité fonctionnelle au niveau cérébrale, mesures du volume des structures cérébrales, marqueurs sanguins (présence de marqueurs du stress, etc.), du sommeil, échelle de bien-être, etc. Ce qui nous a permis d’évaluer précisément les potentiels effets de la méditation sur un large spectre de mesures d’intérêt complémentaires.

Des résultats mitigés

Des travaux antérieurs avaient permis de déterminer les régions du cerveau à suivre principalement.

Il s’agissait du cortex cingulaire antérieur (qui intègre des processus affectifs – ressenti émotionnel, rythme cardiaque – et des fonctions cognitives, telles que l’anticipation de récompense, la prise de décision ou le contrôle cognitif, etc.) et de l’insula ou cortex insulaire (impliquée dans les émotions, l’intéroception, la dépendance, la conscience…).

Nous pensions que leur volume et leur fonctionnement étaient susceptibles d’avoir été influencés par la méditation, comme cela s’observe chez des sujets experts de longue date.

En réalité, nous n’avons pas mesuré de modification significative de volume, tant pour le cortex cingulaire antérieur que pour l’insula. Il n’y a donc pas eu d’effet détectable sur la structure du cerveau dans ces deux régions. En mesurant le débit sanguin, ou la quantité du sang qui arrive dans ces régions cérébrales par unité de temps (reflet du fonctionnement), nous n’avons pas vu non plus d’effet significatif de la méditation… Une tendance positive était toutefois observée, indiquant que, possiblement, un suivi plus long ou un nombre de participants plus important aurait pu permettre d’atteindre le seuil de significativité.

Par contre, concernant l’impact de la méditation sur le comportement, les effets sont significatifs : les capacités de régulation des émotions et de l’attention rapportées par les participants étaient mieux préservées dans le groupe méditation par rapport aux deux autres.

Un effet positif était également retrouvé sur le score global regroupant les mesures des capacités socio-émotionnelles, de connaissance de soi et de régulation de l’attention – des mesures que l’on sait corrélées au bien-être des personnes âgées. Ce bénéfice ressort non seulement de nos questionnaires mais également d’une étude qualitative menée sur la base d’entretiens à la fin de l’étude.

Des travaux qui ne font que commencer

Il reste de nombreuses données à analyser pour comprendre les effets de la méditation, non seulement sur le volume et le fonctionnement du reste du cerveau, comme sur toutes les autres mesures effectuées (sommeil, biomarqueurs sanguins, etc.).

De plus, nous avons eu la chance de pouvoir effectuer un suivi complémentaire trois ans après la fin de l’intervention : ces données supplémentaires vont nous permettre d’évaluer les effets de la méditation à plus long terme.

Enfin, nous sommes en train de développer une application pour téléphones ou tablettes proposant le même programme de méditation. Proposer ouvertement cette application permettra de toucher plus de personnes encore sera une nouvelle opportunité de recueillir des données complémentaires.

Il s’agit, dans tous les cas, d’une étude exploratoire d’un genre nouveau. Et nos résultats, quoi qu’encore préliminaires, sont porteurs de promesses. Et les données en cours de collecte vont alimenter beaucoup d’autres travaux : ce n’est qu’un début.