Les batteries nucléaires : une révolution discrète pour l'IoT et les missions longue durée ?

Illustration générée par l'IA

Les batteries traditionnelles, qu'elles soient à usage unique ou rechargeables, présentent des limites bien connues : autonomie restreinte, nécessité de recharge fréquente, et durée de vie limitée par les cycles de charge/décharge. Pour de nombreuses applications civiles modernes, en particulier celles qui nécessitent une alimentation fiable sur de très longues périodes dans des environnements difficiles d'accès, ces limitations constituent un défi stratégique majeur.

C'est là que les "batteries nucléaires" – ou plutôt, générateurs nucléaires – entrent en jeu. Contrairement aux batteries chimiques, elles génèrent de l'électricité à partir de la désintégration d'éléments radioactifs, soit indirectement via la chaleur appliquée à des générateurs thermoélectriques, soit directement par l'action des particules émises sur des semi-conducteurs. Leur principal attrait : une durée de vie potentielle de 50, voire 100 ans ou plus avant d'avoir besoin d'être remplacées.

Historiquement, cette technologie a déjà trouvé des applications civiles, notamment dans les stimulateurs cardiaques (pacemakers) dans les années 1970. Des dispositifs utilisant du plutonium ou des technologies bêta-voltaïques ont été implantés chez des patients pour fournir une impulsion électrique, l'objectif étant d'éviter les remplacements fréquents. Bien qu'ils aient été largement remplacés par les batteries au lithium en raison de coûts, de problèmes d'élimination et des progrès des technologies alternatives, les avancées récentes dans les matériaux semi-conducteurs plus efficaces pourraient permettre l'utilisation d'isotopes moins dangereux pour de nouvelles applications.

Aujourd'hui, le potentiel de ces générateurs nucléaires réside principalement dans les applications de faible puissance nécessitant une longévité exceptionnelle dans des endroits inaccessibles. Cela inclut notamment :

• Le réseau de l'Internet des Objets (IoT), en alimentant des capteurs et émetteurs embarqués dans des systèmes complexes ou des zones très éloignées, rendant le remplacement des batteries coûteux ou impossible,

• L'instrumentation scientifique à distance tels que les dispositifs médicaux (pacemakers),

• Le maintien de charge (trickle charging) pour des batteries conventionnelles dans l'électronique grand public comme les téléphones ou ordinateurs portables,

• La robotique, notamment les sondes spatiales (ex. Voyager 1 et 2).

  
  

Illustration de la batterie présentée par Betavolt

Une avancée notable a été annoncée en 2024 par l'entreprise chinoise Betavolt, avec un dispositif miniature capable de générer 100 microwatts pendant 50 ans, utilisant du Carbone 14 ou du Nickel 63. Ces cellules, de la taille d'une pièce de monnaie, peuvent être empilées pour augmenter la tension ou le courant et se désintègrent en un isotope stable et non dangereux pour l'environnement.

Leur utilisation principale est envisagée pour des dispositifs difficiles d'accès, comme les capteurs IoT.

Il est crucial de noter que, malgré leur densité énergétique théorique très élevée, la quantité d'énergie libérée en un instant par ces générateurs est faible. De plus, l'efficacité de conversion de la radiation en électricité reste modeste – entre 2 et 8% pour les technologies actuelles –, bien inférieure à celle des moteurs à combustion interne ou des réacteurs de fission classiques. Leur puissance de sortie est fixe, dictée par le taux de désintégration. Ces limitations, associées aux défis du blindage contre les radiations qui devient lourd et volumineux pour des puissances plus élevées, signifient que les "batteries" nucléaires ne sont pas adaptées aux applications nécessitant un courant élevé ou une puissance variable rapidement, comme les véhicules électriques.

En conclusion, si les batteries nucléaires ne propulseront pas nos voitures de sitôt, elles représentent une solution d'alimentation stratégiquement pertinente pour les niches de marché exigeant fiabilité, longévité extrême et faible puissance dans des environnements contraints. Pour les entreprises opérant dans l'IoT industriel, la surveillance à distance, le médical ou l'exploration spatiale – où cette technologie est déjà éprouvée –, comprendre le potentiel et les limites de ces générateurs est essentiel pour anticiper les développements futurs et optimiser leurs architectures énergétiques.

Voyager 1 (crédits: NASA)