Imaginez une batterie miniature qui n’a jamais besoin d’être rechargée et qui ne s’épuise qu’après une décennie d’utilisation. Les batteries nucléaires pourraient permettre cette prouesse. Très différents des systèmes traditionnels que nous utilisons au quotidien, ces dispositifs, qui font l’objet de recherches depuis décennies, produisent de l’électricité par la désintégration de matériaux radioactifs. Récemment, une équipe de chercheurs chinois a conçu une batterie nucléaire d’un nouveau genre, générant de l’électricité à partir de la désintégration radioactive de l’américium. Elle serait d’une efficacité et d’une sureté sans précédent.
Depuis les années 1930, les scientifiques se penchent sérieusement sur les batteries nucléaires miniaturisées, mais leur application à grande échelle demeure un défi. Selon les chercheurs, la puissance de ces systèmes est généralement de l’ordre du nanowatt ou du microwatt. Malgré cela, les batteries nucléaires miniatures trouvent des applications dans divers domaines. Elles sont précieuses dans les technologies spatiales, notamment pour les missions lointaines où les sources d’énergie conventionnelles sont inadéquates. Elles sont également utilisées dans le domaine médical, pour certains types d’implants.
L’un des principaux atouts de ces dispositifs réside dans leur longévité, souvent de plusieurs décennies. Cette durée dépend de la nature du radio-isotope utilisé, certains ayant une demi-vie de plusieurs milliers d’années. De plus, leur fonctionnement n’est pas influencé par les conditions environnementales extérieures, telles que la pression ou la température. Ces raisons incitent de nombreux scientifiques à intensifier leurs efforts pour mieux exploiter cette forme de stockage d’énergie. La dernière étude majeure en date, publiée dans la revue Nature, provient de Chine. Des chercheurs de l’Université de Shoochow ont conçu un nouveau type de batterie nucléaire, bien plus efficace que ses prédécesseurs.
Un déchet nucléaire comme source d’énergie
Au cœur de cette nouvelle batterie se trouve de l’américium 243 (Am-243), un métal hautement radioactif issu des réactions nucléaires dans les réacteurs, généralement considéré comme un déchet nucléaire. L’Am-243 émet des particules alpha, qui, grâce à leur masse relativement élevée, transportent une grande quantité d’énergie. Toutefois, cette énergie, que les chercheurs tentent d’exploiter, se dissipe très rapidement dans la nature.
L’équipe a donc intégré l’américium dans un cristal polymère. Ce matériau absorbe l’énergie émise par les particules et la convertit en lumière, sous forme d’une lueur verte. Cette lumière est ensuite dirigée vers une fine cellule photovoltaïque pour être transformée en électricité. L’ensemble est encapsulé dans une cellule de quartz d’un millimètre sur un millimètre.
Cette réalisation a été un défi de taille pour les chercheurs. En effet, dans d’autres types de batteries visant à exploiter les particules alpha, l’auto-absorption complique la conception du dispositif. Il s’agit d’un phénomène où l’énergie émise par le radio-isotope est absorbée par le matériau même de la pile, sans pouvoir être convertie en électricité.
Une batterie efficace et durable sur plusieurs décennies
La nouvelle batterie nucléaire a été testée pendant 200 heures. Selon les chercheurs, elle a produit une énergie stable tout au long de son utilisation. De plus, son efficacité de conversion s’est révélée supérieure à celle des versions antérieures. En matière de puissance, la batterie affiche 139 microwatts par curie (μW Ci-1).
En ce qui concerne la durabilité, cette batterie devrait pouvoir fonctionner pendant plusieurs décennies. Étant donné la demi-vie de l’Am-243 (7 380 ans), la durée de vie pourrait être encore plus longue, mais les composants du dispositif ne résisteraient pas aussi longtemps, car ils se détérioreraient progressivement sous l’effet des radiations.