Le Japon et la Corée du Sud font une percée dans le développement de batteries nucléaires, offrant de nouvelles solutions pour le stockage d’énergie longue durée. Deux prototypes prometteurs ont récemment été présentés : une batterie rechargeable à l’uranium par l’Agence Japonaise de l’Énergie Atomique et une batterie bêtavoltaïque au carbone-14 par des chercheurs sud-coréens. Ces innovations pourraient répondre aux besoins croissants de stockage d’énergie pour stabiliser les réseaux électriques alimentés par des sources renouvelables.
L’émergence des batteries nucléaires face aux défis du stockage d’énergie
Le monde fait face à un besoin croissant de solutions de stockage d’énergie performantes. L’essor des énergies renouvelables, la multiplication des appareils connectés et l’expansion des centres de données nécessitent des batteries toujours plus efficaces et durables. Cependant, les technologies lithium-ion semblent atteindre leurs limites.
Des besoins croissants en stockage d’énergie
L’intermittence des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien représente un défi majeur pour la stabilité des réseaux électriques. Ces sources d’énergie propres dépendent fortement des conditions météorologiques, créant des fluctuations de production qui doivent être compensées par des systèmes de stockage efficaces.
En parallèle, la demande en énergie pour alimenter les technologies numériques ne cesse d’augmenter. L’explosion du nombre d’appareils connectés et la croissance des centres de données intensifient le besoin de batteries longue durée.
Les limites des technologies actuelles
Malgré leurs avancées, les batteries lithium-ion montrent des signes de saturation technologique. Leur densité énergétique, leur durée de vie et leur impact environnemental restent des points d’amélioration importants. Cette situation pousse les chercheurs à explorer des voies radicalement nouvelles, comme l’utilisation de matériaux radioactifs pour le stockage d’énergie.
La batterie rechargeable à l’uranium : l’innovation japonaise
L’Agence Japonaise de l’Énergie Atomique (JAEA) vient de franchir une étape décisive en présentant le premier prototype fonctionnel de batterie rechargeable utilisant l’uranium comme matériau actif.
Un concept novateur utilisant l’uranium appauvri
Cette batterie exploite l’uranium appauvri (DU) comme matière active de l’électrode négative, tandis que le fer constitue l’électrode positive. Ce choix de matériaux offre une solution potentielle pour valoriser les stocks d’uranium appauvri, estimés à environ 16 000 tonnes au Japon et 1,6 million de tonnes à l’échelle mondiale.
Bien que le concept de batteries à l’uranium ait été proposé au début des années 2000, c’est la première fois qu’un prototype fonctionnel démontre des performances concrètes.
Performances et potentiel de développement
Le prototype actuel affiche une tension de cellule de 1,3 volts, proche des 1,5 volts des piles alcalines standard. Les tests de cyclabilité ont montré une stabilité remarquable, avec des performances quasi inchangées après 10 cycles de charge et décharge.
Les chercheurs japonais travaillent désormais sur l’augmentation de la capacité de stockage en optimisant la circulation de l’électrolyte et la concentration d’uranium et de fer. Ils explorent également l’utilisation de nouveaux matériaux pour les électrodes et les membranes.
Applications envisagées pour le réseau électrique
Cette technologie pourrait jouer un rôle clé dans la transition énergétique et la décarbonation du secteur électrique. Les batteries à l’uranium pourraient notamment contribuer à lisser la production des énergies renouvelables et à ajuster l’offre et la demande pour les méga-centrales solaires, si leur capacité continue d’augmenter.
La batterie bêtavoltaïque au carbone-14 : l’innovation sud-coréenne
En parallèle, des chercheurs sud-coréens du Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST), dirigés par le professeur Su-Il In, ont présenté une avancée significative dans le domaine des batteries bêtavoltaïques lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society en mars 2025.
Le carbone-14 comme source d’énergie de longue durée
Cette batterie utilise le carbone-14, un isotope radioactif du carbone, comme source d’énergie. Cet isotope présente plusieurs avantages : il n’émet que des rayons bêta (moins dangereux que d’autres rayonnements), se dégrade très lentement avec une demi-vie de 5 730 ans, et constitue un sous-produit des centrales nucléaires – le rendant relativement peu coûteux et disponible.
Sa dégradation extrêmement lente offre un potentiel théorique de durée de vie de plusieurs millénaires, bien supérieur à toutes les technologies de batteries existantes.
Un mécanisme ingénieux de conversion d’énergie
Le fonctionnement de cette batterie repose sur un semi-conducteur à base de dioxyde de titane (TiO2), sensibilisé avec un colorant à base de ruthénium. Les chercheurs ont renforcé la liaison entre ces éléments par un traitement à l’acide citrique.
Lorsque les rayons bêta émis par le carbone-14 entrent en collision avec le colorant traité, ils déclenchent une cascade de réactions de transfert d’électrons – une « avalanche d’électrons ». Cette avalanche se propage à travers le colorant, tandis que le TiO2 collecte efficacement les électrons générés pour produire de l’électricité utilisable.
L’innovation majeure réside dans l’utilisation du radiocarbone à la fois dans l’anode et dans la cathode, augmentant ainsi la quantité de rayons bêta générés et réduisant les pertes d’énergie liées à la distance.
Applications prometteuses malgré des limitations actuelles
Cette technologie présente un potentiel immense pour des applications requérant une alimentation fiable à très long terme : implants médicaux comme les stimulateurs cardiaques (évitant les remplacements chirurgicaux), équipements de surveillance à distance et satellites.
Cependant, son efficacité de conversion énergétique reste actuellement faible, avec seulement une très petite fraction de la désintégration radioactive convertie en électricité. Sa performance globale demeure inférieure aux batteries lithium-ion conventionnelles.
Perspectives d’avenir pour les batteries nucléaires
Ces deux innovations représentent les premières étapes d’une nouvelle génération de technologies de stockage d’énergie exploitant des matériaux radioactifs.
Défis techniques à surmonter
Pour la batterie à l’uranium japonaise, les principaux défis concernent l’augmentation de la capacité de stockage et l’optimisation des matériaux d’électrode et de membrane.
Du côté sud-coréen, l’amélioration de l’efficacité de conversion énergétique constitue la priorité. Les chercheurs travaillent sur l’optimisation de la forme de l’émetteur de rayons bêta et le développement d’absorbeurs plus efficaces.
Enjeux de sécurité et d’acceptabilité
Au-delà des défis techniques, l’adoption à grande échelle de ces technologies dépendra fortement de la démonstration de leur sécurité et de leur acceptabilité par le public. La perception des technologies nucléaires reste un enjeu majeur, même pour des applications civiles comme le stockage d’énergie.
Les aspects réglementaires liés à l’utilisation de matériaux radioactifs dans des produits commerciaux devront également être soigneusement élaborés pour permettre un déploiement significatif.
À retenir :
- L’Agence Japonaise de l’Énergie Atomique a développé le premier prototype fonctionnel de batterie rechargeable à l’uranium, affichant une tension de 1,3 volts et une bonne stabilité après 10 cycles
- Des chercheurs sud-coréens ont présenté une batterie bêtavoltaïque au carbone-14 pouvant théoriquement fonctionner pendant des millénaires, idéale pour les implants médicaux et les satellites
- Ces innovations répondent au besoin croissant de solutions de stockage d’énergie pour stabiliser les réseaux électriques alimentés par des énergies renouvelables
- Les deux technologies sont encore au stade de prototype et nécessitent des améliorations substantielles avant une commercialisation potentielle
