Nous allons parler aujourd’hui d’une technologie encore méconnue du grand public à base de déchets nucléaires. La fission nucléaire est une source d'énergie dense, puissante, stable et sans carbone qui fournit environ 10% de notre électricité. Mais la production d'énergie nucléaire a un gros problème : elle génère des tonnes de déchets radioactifs qui mettent des centaines de milliers d'années à se décomposer et coûtent des milliards de dollars aux contribuables pour la gestion et l'élimination. Mais et si nous pouvions transformer ces déchets radioactifs en batteries pour alimenter nos téléphones, ordinateurs portables et même les voitures électriques sans avoir besoin de les recharger ?
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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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