Les piles au diamant radioactif sont-elles un remède contre les déchets nucléaires?

À l’été 2018, un drone amateur a largué un petit paquet près de la lèvre de Stromboli, un volcan au large des côtes de la Sicile qui est en éruption presque constamment depuis un siècle. En tant que l’un des volcans les plus actifs de la planète, le Stromboli est une source de fascination pour les géologues, mais la collecte de données près de l’évent en rotation est périlleuse. Ainsi, une équipe de chercheurs de l’Université de Bristol a construit un robot volcanologue et a utilisé un drone pour le transporter au sommet du volcan, où il pouvait surveiller passivement chaque tremblement de terre et tremblement jusqu’à ce qu’il soit inévitablement détruit par une éruption. Le robot était un capteur de la taille d’une balle molle alimenté par des microdoses d’énergie nucléaire provenant d’une batterie radioactive de la taille d’un carré de chocolat. Les chercheurs ont appelé leur création un œuf de dragon.

Les œufs de dragon peuvent aider les scientifiques à étudier les processus naturels violents avec des détails sans précédent, mais pour Tom Scott, un scientifique des matériaux à Bristol, les volcans n’étaient que le début. Depuis quelques années, Scott et un petit groupe de collaborateurs développent une version améliorée de la batterie nucléaire de l’œuf de dragon qui peut durer des milliers d’années sans jamais être chargée ou remplacée. Contrairement aux batteries de la plupart des appareils électroniques modernes, qui génèrent de l’électricité à partir de réactions chimiques, la batterie Bristol recueille les particules crachées par les diamants radioactifs qui peuvent être fabriqués à partir de déchets nucléaires reformés.

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Plus tôt ce mois-ci, Scott et son collaborateur, un chimiste à Bristol du nom de Neil Fox, ont créé une société appelée Arkenlight pour commercialiser leur batterie au diamant nucléaire. Bien que la batterie de la taille d’un ongle soit encore en phase de prototypage, elle montre déjà des améliorations en termes d’efficacité et de densité de puissance par rapport aux batteries nucléaires existantes. Une fois que Scott et l’équipe d’Arkenlight auront affiné leur conception, ils mettront en place une installation pilote pour les produire en masse. La société prévoit que ses premières batteries nucléaires commerciales arriveront sur le marché d’ici 2024 – ne vous attendez pas à les trouver dans votre ordinateur portable.

Les piles chimiques ou «galvaniques» conventionnelles, comme les cellules lithium-ion d’un smartphone ou les piles alcalines d’une télécommande, sont parfaites pour fournir beaucoup d’énergie pendant une courte période de temps. Une batterie lithium-ion ne peut fonctionner que quelques heures sans recharge, et après quelques années, elle aura perdu une fraction substantielle de sa capacité de charge. Les batteries nucléaires ou les cellules bétavoltaïques, en comparaison, visent à produire de minuscules quantités d’énergie pendant une longue période. Ils ne produisent pas assez de jus pour alimenter un smartphone, mais en fonction de la matière nucléaire qu’ils utilisent, ils peuvent fournir une goutte d’électricité régulière aux petits appareils pendant des millénaires.

«Pouvons-nous alimenter un véhicule électrique? La réponse est non », déclare Morgan Boardman, PDG d’Arkenlight. Pour alimenter quelque chose qui a besoin d’énergie, dit-il, cela signifie que «la masse de la batterie serait nettement supérieure à la masse du véhicule». Au lieu de cela, la société étudie des applications dans lesquelles il est impossible ou peu pratique de changer régulièrement une batterie, comme des capteurs dans des endroits éloignés ou dangereux dans des dépôts de déchets nucléaires ou sur des satellites. Boardman voit également des applications plus proches de chez soi, comme l’utilisation des batteries nucléaires de la société pour les stimulateurs cardiaques ou les appareils portables. Il envisage un avenir dans lequel les gens gardent leurs piles et remplacent leurs appareils, plutôt que l’inverse. «Vous remplacerez l’alarme incendie bien avant de remplacer la pile», déclare Boardman.

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Sans surprise, peut-être, beaucoup de gens n’apprécient pas l’idée d’avoir quelque chose de radioactif à proximité. Mais le risque pour la santé des bétavoltaïques est comparable au risque pour la santé des panneaux de sortie, qui utilisent une matière radioactive appelée tritium pour obtenir leur lueur rouge caractéristique. Contrairement aux rayons gamma ou à d’autres types de rayonnement plus dangereux, les particules bêta peuvent être stoppées sur leur passage par seulement quelques millimètres de blindage. «Habituellement, seule la paroi de la batterie suffit pour arrêter les émissions», déclare Lance Hubbard, un scientifique des matériaux au Pacific Northwest National Laboratory qui n’est pas affilié à Arkenlight. «L’intérieur est à peine radioactif du tout, ce qui le rend très sûr pour les gens.» Et, ajoute-t-il, lorsque la batterie nucléaire est à court d’énergie, elle se désintègre à un état stable, ce qui signifie qu’il n’y a pas de déchets nucléaires.