Une minuscule batterie nucléaire pourrait alimenter des appareils pendant des décennies
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Des chercheurs de l'Institut coréen des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk ont créé une batterie nucléaire capable de transformer directement les radiations en électricité pendant des décennies, mais sans tous les effets effrayants associés aux radiations nucléaires.
Appelée cellule bêtavoltaïque à colorant, cette batterie utilise des particules bêta, qui ne sont que des électrons à haute énergie. La magie de cette batterie réside dans le carbone 14, un isotope radioactif qui émet des particules bêta. Ces particules heurtent un semi-conducteur en dioxyde de titane recouvert d'un colorant à base de ruthénium, ce qui libère des électrons dans le colorant, générant ainsi un courant électrique.
La demi-vie de désintégration du carbone 14 est d'environ 5 730 ans, ce qui signifie que la batterie pourrait théoriquement produire encore 50 % de sa puissance initiale après près de six millénaires. Cependant, dans la réalité, la puissance utile se dégraderait probablement beaucoup plus tôt en raison de la dégradation des matériaux sur une telle période.
Le prototype de batterie présente une densité de puissance de 20,75 nanowatts par centimètre carré par millicurie, avec un rendement de 2,86 %. En termes simples, ce n'est pas énorme. De la taille d'une aspirine environ, elle produit environ 0,4 % de l'énergie nécessaire au fonctionnement d'une calculatrice de poche basique. Il faudrait environ 240 de ces petites batteries nucléaires supplémentaires pour commencer votre cours de mathématiques.
Cela dit, elle génère suffisamment d'énergie pour alimenter des appareils médicaux comme un circuit d'impulsions de stimulateur cardiaque ou des capteurs environnementaux distants pour l'enregistrement de données. Elle pourrait également alimenter des étiquettes RFID ou des puces électroniques, ou encore des condensateurs de charge d'entretien pour les appareils nécessitant une charge d'énergie plus importante et rapide. Ce type de batterie pourrait convenir à de nombreuses technologies à très faible consommation d'énergie, et son développement est encore précoce.
Contrairement à ce que l'on pourrait penser des radiations nucléaires, les chercheurs affirment que cette conception est en réalité plutôt sûre. Les particules bêta émises par le carbone 14 sont déjà présentes dans presque tout, y compris naturellement dans le corps humain. Protéger une telle batterie est aussi simple qu'une fine feuille d'aluminium. Même du papier peut empêcher la propagation des particules bêta de carbone 14. Solides et fabriquées sans matériaux inflammables, ces petites batteries nucléaires pourraient être plus sûres que les batteries lithium-ion, sujettes à l'emballement thermique, à la ventilation et aux explosions.
Un graphique montrant la demi-vie du carbone 14
Ce n’est pas la première fois que les batteries atomiques font l’actualité.
La première batterie radio-isotopique a été développée en 1954 par la Commission de l'énergie atomique des États-Unis. Elle utilisait du strontium 90 comme source radioactive et convertissait l'énergie des particules bêta en électricité, à l'instar des cellules bêtavoltaïques actuelles.
Peu après, dans les années 1960, des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes ( GTR ) ont été utilisés dans les missions spatiales, convertissant l'énergie d'isotopes émetteurs alpha comme le plutonium 238, plus puissant mais relativement sûr lorsqu'il est correctement protégé. La toute première mission spatiale fut un satellite de la marine américaine appelé Transit 4A, composant du premier système de navigation par satellite au monde et précurseur du GPS moderne.
Plus récemment, Betavolt a annoncé sa batterie nucléaire diamant de 3 volts qui utilise du nickel-63 et un semi-conducteur diamant utilisant le même principe de particules bêta qui peut alimenter un appareil pendant 50 ans.
Arkenlight est une autre entreprise qui développe depuis plusieurs années des diamants au carbone 14 pour produire de l'énergie atomique.
Bien que cette technologie ne soit pas entièrement nouvelle, les récentes avancées en matière de matériaux, d’efficacité et de sécurité commencent enfin à ouvrir la voie à des applications pratiques quotidiennes – aucun réacteur n’est requis.