Alimenter l’IA depuis l’espace, à grande échelle, grâce à une conception de câble passif
Schéma du projet de centre de données orbital, qui évoque une plante feuillue, avec des panneaux solaires déployés depuis de longues colonnes supportant le matériel informatique. Crédit : Igor Bargatin, Dengge Jin, Zaini Alansari, Jordan R. Raney
Les ingénieurs de l’Université Penn ont mis au point un concept novateur de centres de données alimentés à l’énergie solaire, qui seront placés en orbite autour de la Terre et pourraient, de manière réaliste, répondre à la demande croissante en matière de calculs d’IA tout en réduisant l’impact environnemental des centres de données.
Évoquant une plante feuillue, avec ses multiples tiges contenant des composants électroniques reliées à des panneaux solaires ramifiés en forme de feuilles, cette conception s’appuie sur des décennies de recherche sur les « attaches », des câbles semblables à des cordes qui s’orientent naturellement sous l’effet de la gravité et de la force centrifuge. Cette architecture pourrait être déployée à l’échelle des milliers de nœuds de calcul nécessaires pour reproduire la puissance des centres de données terrestres, du moins pour l’inférence en IA, c’est-à-dire le processus d’interrogation d’outils comme ChatGPT une fois leur entraînement terminé.
Contrairement aux modèles précédents, qui nécessitent généralement des ajustements constants pour maintenir les panneaux solaires orientés vers le soleil, le nouveau système est en grande partie passif ; son orientation est maintenue par les forces naturelles agissant sur les objets en orbite. En s’appuyant sur ces effets stabilisateurs, le système est plus léger, moins gourmand en énergie et plus simple à déployer à grande échelle.
« Il s’agit du premier concept privilégiant l’orientation passive à cette échelle », explique Igor Bargatin, professeur associé de génie mécanique et de mécanique appliquée (MEAM) et auteur principal d’un article décrivant le système , présenté lors du forum SciTech 2026 de l’American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) . « Puisque ce concept repose sur des câbles – une technologie existante et éprouvée –, nous pouvons envisager sérieusement de dimensionner les centres de données orbitaux à la taille nécessaire pour réduire significativement la consommation d’énergie et d’eau des centres de données terrestres. »
Le centre de données orbital proposé serait composé de nœuds formant un long câble en orbite autour de la Terre. Ce câble utiliserait des panneaux solaires pour collecter l’énergie et des lasers pour transmettre les données. Crédit : Igor Bargatin, Dengge Jin, Zaini Alansari, Jordan R. Raney
Mettre l’IA en orbite
Ces derniers mois, des start-ups, des entreprises cotées en bourse et même des gouvernements ont proposé des projets de centres de données orbitaux alimentés à l’énergie solaire . La promesse est simple : installer ces centres de données dans l’espace permettrait de réduire leur dépendance aux réseaux électriques et aux ressources en eau terrestres, de plus en plus sollicités.
« Le problème, c’est que ces concepts sont difficiles à mettre à l’échelle », explique Bargatin. « Si l’on s’appuie sur des constellations de satellites individuels volant indépendamment, il en faudrait des millions pour obtenir un réel impact. »
D’autres propositions envisagent d’énormes structures rigides assemblées par des robots en orbite. En théorie, ces systèmes pourraient embarquer une puissance de calcul considérable, mais leur taille et leur complexité structurelle les rendent inaccessibles aux capacités actuelles de fabrication et de déploiement.
À l’inverse, le nouveau projet se situe à mi-chemin : suffisamment ambitieux pour avoir un impact, mais suffisamment simple pour être déployé de manière plausible grâce à des technologies existantes et bien maîtrisées, comme les câbles d’ancrage, qui ont été étudiés et testés dans l’espace depuis des décennies.
Le pouvoir des liens
Proposés dès les débuts de l’ère spatiale, les câbles d’amarrage sont essentiellement de longs câbles flexibles qui se comportent de manière unique une fois en orbite. Tendus par les forces antagonistes agissant sur les objets en orbite — la gravité terrestre et l’effet centrifuge du mouvement orbital —, ces câbles s’alignent naturellement, une extrémité étant dirigée vers la Terre et l’autre vers l’espace.
Dans le projet de Penn, des milliers de nœuds informatiques identiques seraient reliés par un câble, formant une longue chaîne verticale en orbite. Chaque nœud embarquerait des puces informatiques, des panneaux solaires et un système de refroidissement, créant ainsi une structure modulaire. « De la même manière qu’on peut ajouter des perles pour allonger un collier », explique Bargatin, « on peut allonger les câbles en ajoutant des nœuds. »
La lumière du soleil suffirait à maintenir les panneaux solaires correctement alignés. La pression douce mais constante exercée par les rayons du soleil agit comme le vent sur une girouette, maintenant ainsi l’orientation des panneaux sans moteur ni propulseur.
« Nous utilisons la lumière du soleil non seulement comme source d’énergie, mais aussi comme élément du système de contrôle », assure Bargatin. « La pression solaire est très faible, mais grâce à l’utilisation de matériaux en couches minces et à une légère inclinaison des panneaux vers les composants informatiques, nous pouvons exploiter cette pression pour maintenir le système orienté dans la bonne direction. »
D’après les simulations décrites dans l’article, un seul système câblé pourrait s’étendre sur plusieurs kilomètres, voire des dizaines de kilomètres, hébergeant des milliers de nœuds de calcul et supportant une puissance de calcul allant jusqu’à 20 mégawatts, soit l’équivalent d’un centre de données terrestre de taille moyenne. Les données traitées à bord seraient transmises par des liaisons optiques laser, une technologie déjà utilisée pour relayer des informations entre satellites en orbite.
Même si le temps nécessaire pour transmettre les données d’entraînement entre la Terre et l’espace empêcherait probablement d’entraîner une IA dans l’espace, une grande partie de la croissance de la demande en IA, comme le souligne Bargatin, concernera les requêtes adressées à des systèmes d’IA déjà entraînés – précisément la tâche que le système filaire est conçu pour prendre en charge.
« Imaginez une ceinture de ces systèmes encerclant la planète », précise Bargatin. « Au lieu d’un seul centre de données massif, vous auriez de nombreux centres modulaires fonctionnant ensemble, alimentés en continu par l’énergie solaire. »
Résistant aux impacts
Toute structure de grande taille en orbite doit faire face aux impacts constants de micrométéorites, de minuscules fragments de débris et de poussière se déplaçant à des vitesses extrêmes. « Il ne s’agit pas d’empêcher les impacts », met en avant Jordan Raney, professeur associé au MEAM et co-auteur de l’article. « La véritable question est de savoir comment le système réagit lorsqu’ils se produisent. »
Raney et Dengge « Grace » Jin, doctorante au MEAM, ont utilisé des simulations informatiques pour modéliser l’impact des micrométéorites sur la structure amarrée au fil du temps. Plutôt que de se concentrer sur une seule collision, l’équipe a examiné les effets cumulatifs de nombreux impacts répartis dans le système.
Les résultats suggèrent que la structure à câble est naturellement résistante. Lorsqu’une micrométéorite frappe une partie de la structure, l’impact peut provoquer un bref balancement ou une rotation, mais ce mouvement se propage le long du câble et s’atténue progressivement.
« C’est un peu comme un carillon éolien », explique Raney. « Si on perturbe la structure, le mouvement finit par s’atténuer naturellement. Nous devions comprendre la durée de ce processus afin de garantir la stabilité du centre de données, même en cas d’impacts multiples. »
Dans la grande variété de scénarios simulés par les chercheurs, le système à câbles n’a dévié de son orientation optimale que de quelques degrés. « Chaque nœud est soutenu par plusieurs câbles », précise Raney. « Ainsi, même si un impact sectionnait un câble, le système continuerait de fonctionner. »
Orientations futures
Contrairement aux centres de données terrestres, qui utilisent un refroidissement par air ou par liquide, les systèmes spatiaux ne peuvent dissiper la chaleur que par rayonnement. Bien que le système proposé comprenne des radiateurs pour évacuer la chaleur résiduelle, Bargatin souhaite en améliorer la conception afin de développer des radiateurs légers et résistants, capables de dissiper la chaleur générée par des charges de calcul soutenues dans l’espace.
Les chercheurs espèrent ensuite passer des simulations à la construction et aux tests d’un prototype à petite échelle, doté d’un nombre limité de nœuds. « La croissance de l’IA ne provient pas tant de l’entraînement de nouveaux modèles que de leur exécution répétée », conclut Bargatin. « Si nous parvenons à réaliser cette inférence dans l’espace, cela ouvre la voie à un déploiement de l’IA à grande échelle, avec un impact moindre sur Terre. »
https://www.seas.upenn.edu/stories/powering-ai-from-space-at-scale/