Générateur bêtavoltaïque
Un générateur bêtavoltaïque est un générateur électrique encore expérimental, en 2011, qui tire son énergie d'une émission radioactive de particules β−, c'est-à-dire des électrons. Un isotope radioactif de l'hydrogène, le tritium, est une des sources principalement étudiée. Contrairement à la plupart des sources nucléaires, qui utilisent une réaction nucléaire pour générer l'énergie qui sera transformée en électricité (thermoélectrique et ionique), les bêtavoltaïques reposent sur un processus de transformation non-thermique.
Les générateurs bêtavoltaïques ont été imaginés au milieu du siècle dernier. En 2005, un nouveau matériau utilisant des diodes à base de silicium poreux a été proposé pour augmenter leur efficacité. Cette augmentation serait principalement due à l'augmentation de la surface du matériau de capture[1] - [2] - [3] - [4].
Description générale
Ce sont des dispositifs expérimentaux produisant très peu de puissance (des nanowatts, c'est-à-dire de l'ordre de 10−9 W) à des coûts de revient encore très élevés et qui n'ont actuellement (en 2011) aucune application. Leur force électromotrice provient des électrons produits par les réactions de désintégration β−, la puissance électrique fournie étant directement fonction de l'intensité de la désintégration radioactive et de l'énergie de désintégration à l'œuvre dans ces composants : cette force électromotrice est structurellement limitée par la taille réduite de ces composants, qui l'empêche de pouvoir devenir significative.
L'idée, popularisée il y a quelques années par certaines revues et sites Web, que ces générateurs soient principalement destinés aux appareils portatifs, tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, voire les pacemakers, demeure prématurée et semble pour l'instant fort peu réaliste[5] : ces appareils utilisent aujourd'hui des batteries ayant une autonomie de l'ordre du jour ou de la semaine au maximum, et qui nécessitent donc d'être rechargées très fréquemment, ce qui limite leur portabilité ; l'utilisation d'une pile bêtavoltaïque a été présentée par les promoteurs de cette technologie comme permettant de démultiplier la durée d'utilisation sans rechargement, qui pourrait alors, selon eux, atteindre 30 ans[6] dans le cadre d'une utilisation domestique. Plusieurs avantages potentiels sont mis en avant pour justifier les recherches dans cette direction :
- la transformation nucléaire n'est pas exothermique, contrairement aux réactions chimiques des piles classiques,
- une pile bêtavoltaïque en fin de vie ne contient aucun élément nocif, contrairement aux métaux lourds ou non-recyclable contenu dans les piles ordinaires[7],
- les particules β− utilisées libèrent une faible quantité d'énergie et sont facilement isolées, par rapport aux rayons γ générés par des appareils plus radioactifs, de sorte que ces générateurs ne devraient pas émettre d'onde ni de particule dangereuse.
Cependant, les générateurs bêtavoltaïques tendent à subir des dégradations internes dues au rayonnement β− qui en diminuent progressivement le rendement, tandis que la source d'énergie elle-même se tarit au fur et à mesure de la désintégration du tritium.
Notes et références
- (en) Katherine Bourzac, « A 25-Year Battery: Long-lived nuclear batteries powered by hydrogen isotopes are in testing for military applications », Technology Review, MIT, 17 Nov 2009.
- (en) « Silicon Solution Could Lead to a Truly Long-life Battery », National Science Foundation
- [PDF] (en) Wei Sun, Nazir P. Kherani, Karl D. Hirschman, Larry L. Gadeken, Philippe M. Fauchet, « A Three-Dimensional Porous Silicon p±n Diode for Betavoltaics and Photovoltaics », Advanced Materials, no 17, (lire en ligne)
- (en) Chandrashekhar, et al., « United States Patent 7,663,288 -- Betavoltaics Cell »,
- Un gramme de tritium pur génère moins d'un watt d'énergie. (voir la page de discussion).
- Futura-sciences : énergie bêtavoltaïque
- Les numériques : Une pile électrique qui fonctionne jusqu'en 2040 ?