L’expression « batterie nucléaire » peut sembler incroyablement futuriste, mais il s’agit d’une théorie qui a été prouvée il y a plus d’un siècle, qui a été mise en pratique pour la première fois il y a sept décennies et qui vient de se rapprocher d’une utilisation quotidienne… même s’il reste encore du chemin à parcourir. .
La première batterie atomique (cela signifie la même chose) a été créée en 1912 par Henry Molesey, un jeune physicien brillant dont la mort pendant la Première Guerre mondiale a été décrite par Isaac Asimov comme « la mort la plus coûteuse de la guerre pour l’humanité en général ».
La batterie de Molesey exploitait les particules bêta émises par le radium. Si cela ressemble un peu à un réacteur nucléaire dans une centrale électrique, c’est en partie le cas, sauf que cela ne provoque pas de réaction en chaîne.
La Seconde Guerre mondiale a véritablement lancé l’ère atomique, les années 1950 ayant vu apparaître des tentatives d’utilisation de la nouvelle source d’énergie pour des applications allant des moteurs de voiture aux appareils auditifs et aux stimulateurs cardiaques.
Alors que les inquiétudes ultérieures concernant les inconvénients potentiels du nucléaire ont effrayé de nombreux utilisateurs publics, ils ont été appliqués avec plus de succès dans la course à l’espace, en raison d’un certain attribut très utile : la longévité.
S’appuyant sur la lente désintégration des substances radioactives, les batteries nucléaires peuvent durer des décennies. C’est pourquoi ils ont été utilisés à partir des années 1950 par les vaisseaux spatiaux de l’Union soviétique et des États-Unis.
En effet, ils sont toujours utilisés pour alimenter les rovers martiens et les sondes spatiales. , lancé en 1977, possède une batterie nucléaire qui fonctionne encore 47 ans et 15 milliards de kilomètres plus tard, au-delà du système solaire.
La batterie de est un générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG), dans lequel une petite quantité de plutonium-238 se désintègre, émettant de la chaleur qui est ensuite exploitée pour créer un niveau d’électricité faible mais fiable. Elle s’affaiblit avec le temps à mesure que la masse du plutonium diminue, mais étant donné que la demi-vie du plutonium est de 87,7 ans, sa durée de vie est encore nettement plus longue que celle des piles AA des marques les plus chères.
Sans pièces mobiles susceptibles de tomber en panne, les RTG ont également été utilisés pour des équipements distants et automatisés sur Terre, des phares sans équipage aux stations aériennes de l’Arctique.
Mais quel est l’état de l’art aujourd’hui ?
Les dernières nouveautés
Inventée en 1965 par le co-fondateur d’Intel, la règle empirique connue sous le nom de loi de Moore stipule que le nombre de transistors dans un circuit intégré double environ tous les deux ans. Depuis lors, la miniaturisation de la technologie s’est poursuivie à un rythme soutenu, la technologie moderne à l’échelle nanométrique transformant le petit en puissant.
Début 2024, la startup chinoise BetaVolt a annoncé une nouvelle batterie nucléaire de la taille d’une pièce de monnaie qui, selon elle, peut fonctionner pendant 50 ans. Contrairement aux RTG mentionnés ci-dessus, qui sont des convertisseurs thermiques, il s’agit de l’autre grand type de batterie nucléaire : un convertisseur non thermique.
Les convertisseurs non thermiques extraient l’énergie directement du rayonnement émis avant qu’il ne se transforme en chaleur. Les cellules bêtavoltaïques comme celles de BetaVolt utilisent un matériau absorbant pour capturer les particules bêta émises, qui sont ensuite converties en électricité. C’est similaire à la façon dont les panneaux solaires photovoltaïques convertissent les photons du soleil en électricité.
Puis, en septembre, une équipe dirigée par Shuao Wang de l’Université de Soochow en Chine a annoncé avoir amélioré d’un facteur 8 000 l’efficacité d’une conception de batterie nucléaire.
L’équipe de Wang a prélevé un petit échantillon d’américium – un sous-produit des centrales nucléaires, utilisé depuis des années dans les détecteurs de fumée. Il émet des particules alpha qui transportent beaucoup d’énergie qui se dissipe rapidement.
Ils ont placé l’américium dans un cristal polymère, qui convertit l’énergie en une lueur verte stable. Celui-ci était recouvert d’une fine cellule photovoltaïque, qui convertit la lumière en électricité – vous vous souvenez des panneaux solaires ? Et tout cela rentre dans une cellule de quartz mesurant un millimètre.
Un petit problème
La mention du millimètre pose un problème d’échelle. Les nouvelles batteries nucléaires sont de petite taille, mais elles sont également considérablement et dramatiquement sous-alimentées par rapport aux batteries grand public que nous utilisons actuellement.
Ces sondes spatiales et ces rovers utilisent peut-être l’énergie nucléaire, mais il ne faut pas imaginer qu’ils sont propulsés par des fusées exploitant des mini-Hiroshima. Au contraire, les batteries nucléaires fournissent de faibles niveaux d’énergie pour des choses comme la transmission d’informations radio.
Même les détecteurs de fumée équipés d’américium n’utilisent sa décroissance mesurable de manière fiable que pour vérifier la présence de particules de fumée, et non pour alimenter l’appareil – qui proviendra d’une batterie standard ou d’un fil secteur.
Bien qu’il existe une énorme quantité de puissance potentielle à l’intérieur de l’atome, en particulier dans une réaction en chaîne comme cela se produit dans la production d’électricité à partir d’énergie nucléaire, l’exploitation de la radioactivité de fond donne des rendements nettement inférieurs.
BetaVolt a déclaré que ses premières batteries pourraient produire 100 microwatts de puissance et pourraient être exploitées en série pour en produire davantage. Mais cela nécessitera beaucoup plus de raffinement. La batterie ne mesure que 15 x 15 x 5 millimètres – soit à peu près la surface de l’ongle d’un adulte – mais étant donné qu’il y a un million de microwatts dans un seul watt, il en faudrait 60 000 pour faire fonctionner une ampoule de 60 watts. Quant à la batterie produite par l’équipe de Shuao Wang, pour alimenter cette ampoule de 60 watts, il en faudrait 40 milliards.
Heureusement, d’ici 2025, BetaVolt prévoit de produire une batterie de 1 watt, soit 10 000 fois plus puissante que ce premier modèle, même si elle reste loin d’être la source d’alimentation portable la plus puissante au monde. Même Shuao Wang, dont l’équipe a tant fait pour améliorer la technologie, n’a pas encore imaginé une application généralisée.
« Idéalement, nous envisageons que notre batterie micronucléaire soit utilisée pour alimenter des capteurs miniatures dans des environnements éloignés ou difficiles où les sources d’énergie traditionnelles ne sont pas pratiques », a déclaré Wang, « comme l’exploration des fonds marins, les missions spatiales ou les stations de surveillance à distance ».
Les ambitions de BetaVolt sont plus grandes : la littérature promotionnelle parle de téléphones portables qui n’ont jamais besoin d’être rechargés ou de drones qui pourraient voler éternellement. Cela pourrait prendre un certain temps, mais alors que les experts continuent de repousser les limites de ce domaine fascinant et potentiellement crucial, nous pouvons nous attendre à de nouvelles améliorations pour rapprocher encore plus la batterie nucléaire d’une réalité quotidienne.
