Bêtavoltaïque

La bêtavoltaïque tire du courant électrique de la désintégration bêta. Une préparation radioactive émet des électrons ; ceux-ci frappent un semi-conducteur et y engendrent des paires de porteurs de charge qui s'écoulent sous forme de courant.

Le principe ressemble au photovoltaïque — sauf que ce n'est pas de la lumière qui arrive, mais un rayonnement bêta. Et c'est la meilleure contrepartie de la neutrinovoltaïque, parce que les deux promettent la même chose tout en procédant de façon toute différente.

Comment est constituée une cellule bêtavoltaïque

Trois parties suffisent : une source, un semi-conducteur et des contacts.

Servent de source des nucléides qui sont des émetteurs bêta purs ou presque purs et dont le rayonnement se laisse facilement blinder :

Les électrons portent des énergies de l'ordre de quelques kiloélectronvolts. C'est assez faible pour qu'une mince enveloppe ou le boîtier lui-même retienne le rayonnement — à la différence des émetteurs gamma, qui exigent un blindage lourd.

Pour le tritium, une feuille de papier suffit déjà. Une telle cellule est inoffensive de l'extérieur ; seule l'absorption du matériau dans le corps serait dangereuse.

Ce qu'elle fournit — et ce qu'elle ne fournit pas

La grandeur décisive est la densité de puissance, et elle est petite. Une cellule bêtavoltaïque fournit typiquement des microwatts à des milliwatts. Le rendement se situe le plus souvent dans la plage des faibles pourcentages à un chiffre.

La raison est de principe : une préparation ne cède que l'énergie que sa désintégration donne, et plus la demi-vie est longue, moins il y en a par unité de temps. Longue durée de fonctionnement et puissance élevée s'excluent l'une l'autre.

Le domaine d'emploi est ainsi clairement circonscrit. Une cellule bêtavoltaïque ne fait pas fonctionner de moteur et ne charge pas de téléphone. Elle alimente des choses qui ont besoin de très peu et doivent tenir très longtemps :

• des composants de mémoire censés conserver leur contenu pendant des décennies
• des capteurs en des lieux où personne ne revient jamais
• des stimulateurs cardiaques — dans les années 1970, des cellules au prométhium 147 furent effectivement implantées, avant que la pile au lithium ne les remplace
• l'astronautique et la technique militaire à très longue durée de vie

L'avantage est la durée. Une cellule au nickel 63 a encore, au bout de cent ans, la moitié de sa puissance. Aucune batterie chimique n'en approche.

Histoire et présent

Les premières cellules virent le jour dans les années 1950. Dans les années 1970 arriva sur le marché, avec le Betacel, un stimulateur cardiaque qui se passait de changement pendant des années — jusqu'à ce que la pile au lithium devienne moins chère et plus simple.

Il existe aujourd'hui des cellules commerciales au tritium pour des applications de niche. En 2024, une entreprise chinoise a annoncé une cellule au nickel 63 au format d'une pièce de monnaie, censée fournir des microwatts pendant des décennies. De telles annonces sont à lire avec la réserve habituelle — la physique qui est derrière est établie, la classe de puissance n'en change pas.

Distinction d'avec la neutrinovoltaïque

La différence est de principe.

La bêtavoltaïque porte son combustible avec elle. Dans l'appareil se trouve une préparation radioactive qui se consomme, qui doit être autorisée et éliminée, et dont la quantité limite la puissance.

La neutrinovoltaïque, selon la présentation du Neutrino® Energy Group, ne contient aucun matériau radioactif. Elle veut tirer de l'énergie de flux qui traversent de toute façon chaque objet — neutrinos, muons cosmiques, fluctuations électromagnétiques, fluctuations thermiques. Dans cette image, le composant ne se consomme pas, parce qu'il n'apporte rien qui puisse se consommer.

Les ordres de grandeur se distinguent eux aussi considérablement. La bêtavoltaïque est une technique attestée, disponible dans le commerce, de très faible puissance. Pour la neutrinovoltaïque, le groupe avance des objectifs nettement plus grands — environ 1 à 1,5 kilowatt pour le Life Cube — et qualifie ces valeurs expressément d'objectifs de conception en cours de développement.

Ce qui relie les deux

Toutes deux interviennent là où le soleil et le vent ne suffisent pas : dans l'obscurité, sous terre, à l'intérieur d'appareils, en des lieux sans maintenance. Et toutes deux s'appuient sur la même idée de fond — que l'énergie qui est de toute façon présente n'a pas à rester inutilisée.

Termes apparentés

• Désintégration bêta — le processus sous-jacent
• Neutrinovoltaïque — l'approche sans préparation
• Récupération d'énergie — le domaine général
• Thermoélectricité — la troisième voie vers un courant sans maintenance

Sources

• Particle Data Group et carte des nucléides de l'AIEA : demi-vies et énergies de désintégration.
• Neutrino® Energy Group : Energy Harvesting, neutrino-energy.com.