Diamfab et ST ont développé une micro-batterie nucléaire conçue pour durer 20 ans et plus
Au terme de quatre années de R&D collaborative, un consortium composé de Diamfab, de STMicroelectronics et du CEA affirme avoir conçu un générateur bêta-voltaïque basé sur le couple diamant-tritium et capable de produire une énergie électrique en continue pendant plusieurs décennies.
Les batteries nucléaires refont parler d’elles en France. Un consortium grenoblois composé de Diamfab, pionnier du diamant semiconducteur en France qui a récemment inauguré une ligne pilote, de STMicroelectronics et du CEA, vient de présenter ce qu’il considère comme « la première avancée significative en France dans le domaine des batteries nucléaires depuis les travaux menés dans les années 1970 dans le cadre de Medtronic-Alcatel pour l’alimentation de pacemakers basée sur des batteries nucléaires au plutonium ».
Au terme de quatre années de R&D collaborative menées dans le cadre du projet Tbatt-Diamond, le consortium affirme avoir conçu un générateur bêta-voltaïque basé sur le couple diamant-tritium et capable de produire une énergie électrique en continue pendant plusieurs décennies. Le consortium évoque des cellules bêta-voltaïques en diamant atteignant un rendement de conversion de 10,5%, avec une densité énergétique de 15 nW/cm² lorsqu’elles sont couplées à une source bêta développée par le CEA, et capables de fournir de l’énergie pendant 20 ans et plus.
© Diamfab / STMicroelectronics
Ce générateur bêta-voltaïque à base de tritium est une petite batterie nucléaire qui convertit la désintégration naturelle du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène, en électricité grâce à un matériau semiconducteur à base de diamant synthétique, selon un principe analogue à celui des cellules photovoltaïques. En raison de la lente désintégration du tritium et de la faible pénétration de son rayonnement, aisément confinable, ces générateurs délivrent de très faibles puissances en toute sécurité et de manière continue, cela pendant plusieurs années, sans recharge ni maintenance, explique le consortium.
Cette technologie de rupture ouvre potentiellement la voie à une nouvelle génération de batteries nucléaires compactes, chimiquement inertes et mécaniquement robustes, capables de répondre aux applications nécessitant une grande longévité et une grande fiabilité, notamment les capteurs téléopérés, les microsatellites et les systèmes autonomes opérant en environnements contraints dans des secteurs aussi variés que la santé, l’aérospatial, la surveillance industrielle, le génie civil et la défense.
« Nous avons développé un savoir-faire technologique unique dans la fabrication de cellules bêta-voltaïques en diamant et la conception des générateurs (…) et travaillons activement avec l’ESA et Orano afin de concevoir des générateurs plus puissants, porteurs de solutions souveraines pour l’exploration spatiale », révèle Gauthier Chicot, cofondateur (avec Khaled Driche) et directeur général de Diamfab.
Selon le consortium, les performances de leurs générateurs bêta-voltaïques reposent sur la synergie entre la robustesse du diamant synthétique, ses propriétés supérieures de conversion énergétique et la stabilité des émissions bêta d’une source nucléaire légère, pour délivrer une puissance stable et une densité énergétique élevée sur plus de vingt ans, tout en étant insensibles aux conditions environnementales et en ne représentent aucun risque radiologique. Sans oublier que cette technologie peut potentiellement contribuer à une meilleure valorisation des déchets radioactifs en transformant le tritium, un sous-produit nucléaire courant, en une ressource énergétique précieuse.
Par ailleurs, les membres du consortium apportent des compétences complémentaires. Spécialiste du diamant semiconducteur, Diamfab a coordonné le projet et a piloté la conception, la fabrication et la caractérisation des cellules de conversion au cœur des performances du générateur, tandis que STMicroelectronics a conçu l’électronique de contrôle et de traitement ultra-basse consommation ainsi que les systèmes de récupération d’énergie, afin d’optimiser le potentiel d’intégration de cette nouvelle source d’énergie dans des applications industrielles et grand public. Quant au CEA, il a apporté son expertise en manipulation d’isotopes d’hydrogène, incluant le chargement, le marquage et l’évaluation de la stabilité des matériaux, notamment pour les radionucléides.
L’équipe envisage désormais d’augmenter le rendement de conversion et de porter la densité de puissance à 100 μW/cm³, en augmentant les surfaces actives, en renforçant l’intensité de la source radioactive et en optimisant les architectures d’assemblage. L’objectif étant le déploiement de solutions concrètes dans les capteurs autonomes destinés aux infrastructures industrielles, à la surveillance environnementale et à d’autres applications où une alimentation durable et sans maintenance est déterminante.
Précisons que le projet Tbatt-Diamond a bénéficié du soutien du plan France 2030 et du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA 4).
