Le Laboratoire national d'Oak Ridge des États-Unis fait progresser le développement de batteries nucléaires à radioisotopes

Le 17 août 2026, le Laboratoire national d'Oak Ridge du Département de l'Énergie des États-Unis a indiqué que son programme de batteries nucléaires poursuit le développement de systèmes d'alimentation à radioisotopes afin de répondre aux besoins en sources d'énergie stables et durables pour l'exploration spatiale lointaine, l'alimentation à long terme dans les régions isolées et les scénarios liés à la sécurité nationale.

Le rover martien « Perseverance » de la NASA est photographié aux côtés de plusieurs des 10 tubes d'échantillons placés dans la bibliothèque d'échantillons qu'il a établie dans une zone du cratère Jezero appelée « Three Forks ». Le générateur thermoélectrique à radioisotopes du rover est alimenté par une batterie nucléaire. Crédit image : NASA/JPL-Caltech/MSSS

Les batteries nucléaires exploitent l'énergie libérée par la désintégration des radioisotopes pour produire de l'électricité, et conviennent aux environnements difficiles d'accès tels que les fonds marins, les déserts reculés et les surfaces extraterrestres, où une alimentation continue pendant plusieurs années, voire plusieurs décennies, est requise. Les batteries nucléaires du Laboratoire national d'Oak Ridge

Le responsable du programme, Brad Johnson, a déclaré que l'avantage des batteries nucléaires réside dans leur capacité à fournir une électricité durable, qu'il s'agit d'une technologie mature et sûre, et que les efforts de recherche actuels portent sur l'amélioration supplémentaire de leurs performances et de leur sécurité.

En ce qui concerne la sélection des radioisotopes, l'équipe de recherche estime que le combustible idéal pour une batterie nucléaire devrait généralement avoir une demi-vie comprise entre 10 et 100 ans. Si la demi-vie est trop courte, l'isotope pourrait se désintégrer en grande partie avant utilisation ; si elle est trop longue, une plus grande quantité de combustible serait nécessaire pour produire suffisamment d'énergie. Les isotopes candidats les plus appropriés devraient également émettre principalement des particules α ou β, car ces particules ont une portée plus courte, ce qui facilite la conversion de l'énergie de désintégration en électricité utilisable.

Le plutonium-238 est l'une des applications typiques actuelles. Le Laboratoire national d'Oak Ridge produit du plutonium-238 pour le Département de l'Énergie des États-Unis dans le cadre d'accords avec la NASA. La NASA l'utilise dans les générateurs thermoélectriques à radioisotopes multimissions pour fournir une énergie à long terme aux sondes d'exploration spatiale lointaine. Le générateur thermoélectrique à radioisotopes du rover martien « Perseverance » utilise environ 10,6 livres de plutonium-238, convertissant la chaleur générée par sa désintégration naturelle en électricité pour recharger la batterie principale du rover et aider les équipements à maintenir une température de fonctionnement appropriée. La durée de vie prévue du système est de 14 ans, ce qui peut soutenir le fonctionnement à long terme de la mission d'exploration.

Les données montrent que les missions futures imposent de nouvelles exigences aux batteries nucléaires. Par exemple, lors des missions de séjour prolongé sur la Lune, la nuit lunaire d'environ deux semaines limite l'utilisation de l'énergie solaire, et le maintien de la température des équipements ainsi que l'alimentation continue deviennent des problèmes clés. Le Laboratoire national d'Oak Ridge estime que ses capacités intégrées en matériaux nucléaires, production d'isotopes, conversion thermoélectrique et fabrication avancée peuvent fournir un soutien technique pour résoudre ces problèmes.

Les recherches du laboratoire sur les batteries nucléaires remontent aux années 1960. Ces dernières années, les chercheurs ont également analysé des générateurs thermoélectriques à radioisotopes retirés du service afin de comprendre leurs changements de performance et la dégradation des matériaux après un service à long terme, accumulant ainsi des données pour la conception des systèmes de nouvelle génération.

Johnson a indiqué que l'équipe évalue les isotopes candidats pouvant être utilisés dans les systèmes à radioisotopes et étudie les méthodes de production associées, y compris les voies basées sur la production de neutrons par fusion. À ce jour, les chercheurs ont identifié neuf isotopes candidats et ont sélectionné trois options prioritaires en fonction de leurs propriétés et de la faisabilité d'une production à grande échelle.

Concernant le développement de nouvelles batteries nucléaires, l'équipe estime que quatre défis principaux restent à relever : premièrement, le combustible à radioisotopes doit pouvoir être produit avec un rendement élevé et à grande échelle ; deuxièmement, il faut améliorer l'efficacité de conversion énergétique, l'efficacité actuelle des technologies thermoélectriques étant d'environ 5 % à 8 % — si elle pouvait être portée à 10 % à 15 %, le coût du combustible pourrait être considérablement réduit ; troisièmement, la gestion thermique doit être améliorée grâce à une meilleure isolation et à des améliorations de conception du système afin de réduire les pertes d'énergie ; quatrièmement, il faut également optimiser les systèmes de contrôle et de gestion de l'alimentation.

Les chercheurs ont indiqué que l'impression 3D, la préparation de poudres sphériques, les matériaux thermoélectriques avancés, les sources de chaleur à radioisotopes et conteneurs améliorés, les systèmes de sécurité technique ainsi que de nouvelles méthodes de modélisation devraient permettre de faire passer la technologie des batteries nucléaires de la recherche au déploiement opérationnel. Le Laboratoire national d'Oak Ridge a déclaré que son objectif est d'établir un programme de batteries nucléaires à long terme afin de répondre durablement aux besoins en alimentation fiable à radioisotopes dans les domaines concernés.