00:00 Nous allons parler aujourd'hui d'une technologie encore méconnue du grand public à base de déchets nucléaires.
00:06 La fission nucléaire est une source d'énergie dense, puissante, stable et sans carbone,
00:12 qui fournit environ 10% de notre électricité.
00:15 Mais la production d'énergie nucléaire a un gros problème.
00:18 Elle génère des tonnes de déchets radioactifs qui mettent des centaines de milliers d'années à se décomposer,
00:24 et coûte des milliards de dollars aux contribuables pour la gestion et l'élimination.
00:29 Mais si nous pouvions transformer ces déchets radioactifs en batteries pour alimenter nos téléphones,
00:34 ordinateurs portables et même les voitures électriques, sans avoir besoin de les recharger ?
00:40 Les batteries nucléaires existent depuis 1913, mais elles ont récemment attiré beaucoup l'attention.
00:49 Outre le fait qu'elles seraient potentiellement des batteries éternelles,
00:52 il y a une autre raison pour laquelle cette technologie a fait les gros titres récemment.
00:57 En proposant de résoudre le problème des déchets nucléaires.
01:00 Il faut savoir que la production d'énergie nucléaire seule génère suffisamment d'électricité
01:05 pour alimenter environ 800 millions de foyers.
01:09 Mais elle rejette des déchets qui ont un coût conséquent pour les autorités, en plus de la pollution générée.
01:15 Une solution possible serait de réutiliser ces déchets.
01:19 Avant de se pencher sur ce sujet, il faut comprendre ce qu'est une batterie nucléaire.
01:24 En résumé, il s'agit d'une batterie capable de convertir l'énergie produite
01:28 par des réactions de décroissance spontanée nucléaire.
01:32 En utilisant des réactions nucléaires plutôt que des processus chimiques,
01:36 les batteries nucléaires ont des densités d'énergie des ordres de grandeur supérieures
01:40 aux batteries chimiques et aux autres systèmes de stockage d'énergie.
01:44 Par exemple, la densité d'énergie la plus élevée de tout carburant chimique est celle de l'hydrogène,
01:50 qui est de 140,1,8 mégajoules par kilogramme ou environ 40 000 watt-heures par kilogramme.
01:57 Mais l'énergie atomique est à un autre niveau.
02:00 Un échantillon pur d'un combustible nucléaire, comme le plutonium-238,
02:04 a une densité d'énergie spécifique de 630 millions de watt-heures par kilogramme.
02:09 C'est presque 16 000 fois supérieur à la densité d'énergie de l'hydrogène.
02:14 La question est de savoir si nous pouvons extraire toute cette énergie.
02:18 L'énergie des batteries nucléaires provient de la radioactivité,
02:21 qui est causée par un processus appelé « désintégration nucléaire ».
02:26 La désintégration nucléaire se produit lorsqu'un atome a un rapport neutron-proton sous-optimal dans son noyau,
02:33 ce qui le rend instable.
02:35 Cela fait se briser le noyau et libérer des particules alpha ou bêta ou des photons gamma.
02:41 Les particules alpha et bêta émises lors des réactions de désintégration portent de l'énergie cinétique.
02:48 Ainsi, les batteries nucléaires transforment cette énergie en électricité de différentes manières,
02:52 ce qui entraîne différents types de batteries nucléaires.
02:56 Tout d'abord, nous avons les batteries nucléaires à conversion thermique,
02:59 également appelées générateurs thermiques radioisotopiques ou RTG.
03:04 Ces derniers transforment la chaleur radioactive en électricité en utilisant un thermocouple.
03:10 Les RTG ont alimenté les pacemakers nucléaires ainsi que de nombreuses missions spatiales de la NASA,
03:16 comme le rover Curiosity sur Mars.
03:18 Ensuite, nous avons les générateurs photovoltaïques radioisotopiques,
03:23 qui transforment la radiation ionisante en lumière
03:26 et utilisent ensuite une cellule photovoltaïque standard pour transformer cette lumière en électricité.
03:33 Enfin, nous avons la pile nucléaire bêta-voltaïque.
03:36 C'est là que la pile à déchets nucléaires en diamant entre en jeu.
03:40 Une pile bêta-voltaïque fonctionne de manière similaire aux cellules photovoltaïques.
03:44 Seulement, au lieu de la lumière, elle absorbe les particules bêta issues de la désintégration.
03:50 Inventée en 1953, ce générateur bêta-voltaïque n'était, jusqu'aux années 2000, pas connu du grand public.
03:57 Mais en 2005, une entreprise appelée City Labs fabrique des cellules bêta-voltaïques de tritium à base de silicium
04:04 pour des applications microélectroniques.
04:07 Elle est depuis 2012 la seule entreprise avec une licence générale
04:11 pour vendre des piles bêta-voltaïques à travers le monde.
04:15 Néanmoins, cette technologie est arrivée sous les feux des projecteurs
04:18 grâce à une équipe de chercheurs de l'Université de Bristol.
04:22 Ils ont inventé une toute nouvelle façon de construire des batteries bêta-voltaïques
04:26 en utilisant du carbure de silicium avec des diamants synthétiques brillants.
04:31 Et ce, via un processus appelé dépôt de vapeur chimique.
04:35 Ils ont forcé le carbone à cristalliser à partir de gaz naturel.
04:40 Les diamants sont en taille nano avec une largeur d'un couple de milliards de mètres.
04:45 Ils ont également choisi une source radioactive non conventionnelle, le carbone 14.
04:50 Ce choix a plusieurs avantages importants.
04:52 Tout d'abord, les diamants sont faits de carbone.
04:54 Donc, en utilisant le carbone 14, ils peuvent intégrer la source radioactive
04:59 dans la structure même des semi-conducteurs.
05:02 Ce qui facilite l'utilisation de la puissance qui vient de cette source.
05:06 En second lieu, le carbone 14 est un sous-produit de la plupart des réacteurs nucléaires,
05:11 bien que ce ne soit pas un type particulièrement dangereux de déchets radioactifs.
05:15 Les blocs de carbone radioactifs représentent la majeure partie des déchets radioactifs.
05:20 Utiliser ces déchets de carbone 14 nous aiderait à gérer les déchets nucléaires
05:25 qui autrement finiraient enterrés pour les prochains milliers d'années.
05:29 Les inventeurs de cette technologie, Tom Scott et Neil Fox,
05:32 qui ont fondé la société Arken Light,
05:34 pourraient ainsi réussir à alimenter les batteries de nos smartphones pendant des décennies,
05:39 sans avoir besoin de les recharger.
05:42 Cependant, ils ne sont pas arrivés à de telles performances à ce jour.
05:45 Une société concurrente, appelée NDB, fait encore plus de bruit depuis sa fondation en 2018.
05:51 Mais elle utilise un type différent de rayonnement.
05:54 Bien qu'ils utilisent également des diamants en tant que semi-conducteurs,
05:58 ils fabriquent des batteries voltaïques de décroissance.
06:01 Ce qui signifie qu'ils peuvent adapter leurs semi-conducteurs diamantiques
06:05 à des types différents de radiation et de sources radioactives,
06:08 y compris les émetteurs alpha et bêta.
06:12 NDB mise sur le fait que cette technologie créera des batteries nucléaires plus puissantes
06:16 et avec une plus large plage de sortie de puissance.
06:20 Cela pourrait alimenter non seulement les ordinateurs portables et les téléphones,
06:24 mais également les véhicules électriques et même nos maisons.
06:27 Il s'agit donc de remplacer les combustibles fossiles
06:30 sans même avoir besoin de renouvelables pour les services publics.
06:34 Mais est-ce même possible ou est-ce simplement de la publicité ?
06:38 Jusqu'à présent, toutes les batteries nucléaires actuellement disponibles
06:41 offrent une densité d'énergie incroyable et une durée de vie pouvant atteindre des décennies.
06:46 Mais elles ont un défaut majeur, une densité de puissance extrêmement faible.
06:51 Cette dernière est nécessaire pour les véhicules électriques,
06:54 mais également pour le réseau et la plupart des autres applications utiles.
06:58 Donc la question est la suivante, y a-t-il un moyen d'augmenter la puissance de ces technologies ?
07:03 Oui, mais il y a une limite de densité de puissance selon les sources radioactives.
07:08 Par exemple, le plutonium-238, qui est un émetteur alpha avec une demi-vie de 87,7 ans,
07:14 a une puissance spécifique de 510 watts par kilogramme, si l'échantillon est pur.
07:20 En comparaison, la densité de puissance spécifique la plus élevée pour les batteries au lithium-ion
07:25 est d'environ 1000 watts, ce qui est déjà deux fois plus élevé.
07:28 Mais en réalité, il n'est pas possible d'obtenir cette densité de puissance
07:32 à partir de plutonium-238 pour plusieurs raisons.
07:36 La première est la réelle puissance applicable.
07:38 En effet, on ne peut pas utiliser physiquement plus de 44,2% de la puissance totale,
07:44 et il y a de nombreuses pertes inévitables, réduisant davantage l'efficacité réelle.
07:49 Le deuxième facteur limitant majeur est la possibilité des matières premières.
07:54 Il n'y a donc pas assez de matières premières pour couvrir la demande
07:57 sur le marché de stockage d'énergie pour véhicules électriques en termes de puissance.
08:01 Et de toute façon, la masse des batteries serait beaucoup trop importante pour la plupart des applications.
08:07 Mais au vu de ces arguments, est-ce la fin de la batterie nucléaire ?
08:11 Probablement pas.
08:12 Il s'avère qu'il existe de nombreuses applications pour les batteries nucléaires à faible puissance.
08:17 Actuellement, un contrat entre Citylabs et le National Institutes of Health
08:22 a pour objectif de réaliser un stimulateur cardiaque qui peut être inséré dans l'artère fémorale.
08:28 Ainsi, un bêta pourrait réduire considérablement la taille comparativement au modèle en lithium,
08:34 tout en doublant la durée de vie pour atteindre 20 ans.
08:37 Les cellules de cette bêta mesurent environ 0,6 mm ou 600 microns d'épaisseur.
08:43 À titre de comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain est d'environ 100 microns.
08:47 Comme c'est beaucoup plus fin, il est possible de les empiler pour augmenter la puissance
08:52 et potentiellement les mettre sur une petite puce.
08:55 Nous pouvons donc envisager un monde de possibilités allant des stimulateurs cardiaques nucléaires,
09:00 des petits satellites en S1, aux puces informatiques et capteurs.
09:04 Imaginez les millions d'opportunités et de possibilités
09:08 si vous pouviez avoir des batteries à vie intégrées dans de petits microprocesseurs par exemple.
09:13 Il y a encore énormément de potentiel inexploité,
09:16 ces batteries et ces capteurs qui les alimentent pourraient aller très loin.
09:19 Mais qu'en pensez-vous ?
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