Batterie atomique

Les termes batterie atomique, batterie nucléaire et générateur à radio-isotopes sont utilisés pour décrire un dispositif qui utilise l'énergie de la désintégration d'un isotope radioactif pour produire de l'électricité. Comme les réacteurs nucléaires, ils produisent de l'électricité à partir de l'énergie atomique, mais diffèrent en ce qu'ils n'utilisent pas de réaction en chaîne. Par rapport à d'autres types de piles, ces dispositifs sont plus coûteux, mais leur durée de vie est extrêmement longue et la densité d'énergie est meilleure. Elles sont principalement utilisées comme sources d'énergie pour les équipements qui doivent fonctionner sans surveillance pendant de longues périodes de temps (10 à 20 ans), comme les sondes spatiales, les stimulateurs cardiaques, les systèmes sous-marins et les stations scientifiques dans les régions reculées du monde[1],[2].

Histoire
Un pacemaker cardiaque à energie atomique (radioisotope-powered) développé la Commission de l'énergie atomique des États-Unis (1967)

La technologie de la batterie nucléaire remonte à 1913, lorsque Henry Moseley expérimente le générateur bêtavoltaïque. Ce nouveau domaine suscite alors un véritable intérêt pour les applications nécessitant des sources d'énergie longue durée tout particulièrement pour les besoins spatiaux au cours des années 1950 et 1960. En 1954, RCA étudie une petite batterie atomique pour les petits récepteurs radio et les prothèses auditives[3].

Depuis la recherche initiale et le développement de RCA au début des années 1950, de nombreuses applications pour générer de l'énergie électrique à partir de sources nucléaires. Les fondements et principes scientifiques sont bien connus, mais la technologie d'industrialisation à échelle nanométrique requise par les besoins modernes ne sont pas encore disponibles a ce moment la

Origines du besoin et applications modernes

Les objets ambiants et la nouvelle génération d'objets communicants, nécessitent de nouvelles approches en matière d'alimentations miniaturisées et de très longue autonomie. Parmi ces pistes on cite les alimentations héritées du monde vivant utilisant les molécules d'ATP, les micromoteurs à combustion[4], les batteries nucléaires[5].

Principe

Les ingénieurs atomistes de l'Université du Wisconsin à Madison ont exploré les perspectives de fabrication de minuscules batteries qui exploitent la décroissance naturelle de radioéléments tels que le polonium ou le curium pour produire de l'énergie électrique capable d'alimenter des applications de faible puissance. Ces dispositifs qui s'apparentent aux MEMS (micro electromechanical systems) ont une taille de l'ordre de 60 à 70 microns.

Ces micro batteries extrêmement légères, sont suffisamment puissantes pour alimenter de petits dispositifs à l'échelle nanoscopique.

Il s'agit donc de transformer l'énergie libérée par la décroissance radioactive en énergie électrique et de confiner cet ensemble dans un dispositif contenant la batterie et le micro dispositif à alimenter[6].

En fait, la décroissance radioactive libère des électrons qui en bombardant le pôle négatif de la batterie créent une différence de potentiel capable d'engendrer un courant électrique et ainsi d'alimenter le micro équipement[7]. Pour éviter que les électrons atteignent indifféremment les pôles négatif et positif, un vide est créé entre ces pôles et les électrons sont forcés à cheminer du matériau radioactif au pole négatif par un minuscule fil conducteur. L'énergie globale émise par le radioélément n'est pas entièrement transformée en émission de particules chargées (les électrons qui vont créé l'énergie électrique utile) mais une grande partie de cet énergie est restituée sous forme de chaleur qui pourrait à son tour être exploitée par un micro équipement à alimenter[8].

Radioisotopes utilisés à l'heure actuelle

Les batteries atomiques utilisent des radio-isotopes qui produisent des particules bêta à faible énergie ou parfois des particules alpha d'énergies diverses. Des particules bêta à faible énergie sont nécessaires pour empêcher la production de rayonnement Bremsstrahlung pénétrant à haute énergie et qui nécessiterait un blindage important. Les radio-isotopes tels que le tritium, le nickel-63, le promethium-147 et le technétium-99 ont été testés. Le plutonium-238, le curium-242, le curium-244 et le strontium-90 ont également été exploités[9].

Notes et références
  1. "A nuclear battery the size and thickness of a penny." Gizmag, 9 October 2009
  2. "Tiny 'nuclear batteries' unveiled." BBC News, Thursday 8 October 2009
  3. "Atomic Battery Converts Radioactivity Directly Into Electricity." Popular Mechanics, April 1954, p. 87.
  4. https://uk.ambafrance.org/Micromoteur-a-combustion-interne
  5. [Waldner 2007] Jean-Baptiste Waldner, Nano-informatique et intelligence ambiante : Inventer l'ordinateur du XXIe siècle, Londres, HermesScience, , 302 p. (ISBN 978-2-7462-1516-0 et 2-7462-1516-0), p. 183
  6. [Waldner 2007] Jean-Baptiste Waldner, Nano-informatique et intelligence ambiante : Inventer l'ordinateur du XXIe siècle, Londres, Hermes Science, , 302 p. (ISBN 978-2-7462-1516-0 et 2-7462-1516-0), p. 188
  7. Technology Forecast: 2000 - From Atoms to Systems: A perspective on technology, PriceWaterhouseCoopers, PriceWaterhouseCoopers Technology Center, 2000, (ISBN 189186503X)
  8. Jean-Baptiste Waldner, Nanocomputers & Swarm Intelligence, ISTE, London, 2007, (ISBN 1847040020), p.196
  9. K.C. Bindu, Frank Harmon, Valeriia Starovoitova, Jon Stoner et Douglas Wells, « Optimization of commercial scale photonuclear production of radioisotopes », AIP Conference Proceedings, vol. 1525, no 1,‎ , p. 407–411 (DOI 10.1063/1.4802359)
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