Générateur thermoélectrique à radioisotope

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Un générateur thermoélectrique à radioisotope, (en anglais RTG : Radioisotope thermoelectric generator) est un générateur électrique de conception simple, créant de l'énergie électrique par désintégration radioactive.

De tels systèmes utilisent des matériaux radioactifs (comme le plutonium-238), qui génèrent de la chaleur en rayonnant dans des matériaux non radioactifs. La chaleur est alors convertie en électricité par des modules thermoélectriques en utilisant l'effet thermoélectrique. Les principales applications des générateurs à radioisotope sont l'alimentation des sondes spatiales et l'éclairage de certains phares isolés.

Sommaire

[modifier] Conception

En comparaison avec d'autres équipements nucléaires, le principe d'un générateur à radioisotope est simple. Il est constitué d'un robuste conteneur rempli de matière radioactive, percé de trous où sont disposés des thermocouples, l'autre extrémité des thermocouples étant reliée à un radiateur. Les calories traversant les thermocouples sont transformées en électricité. Un modules thermoélectriques est un dispositif constitué de deux sortes de métaux conducteurs, qui sont connectés en boucle fermée. Si les deux jonctions sont à des températures différentes, un courant électrique est généré dans la boucle.

Le métal radioactif utilisé doit avoir une demi-vie assez courte, afin de pouvoir produire suffisamment d'énergie. On choisit des demi-vies de l'ordre de quelques dizaines d'années. Il s'agit souvent de Plutonium-238, sous sa forme oxydée (PuO2).

Coupe du générateur à isotope utilisé pour la sonde Cassini
Coupe du générateur à isotope utilisé pour la sonde Cassini
Photo du RTG de la sonde Cassini
Photo du RTG de la sonde Cassini

[modifier] Utilisation

Comme à la limite de notre système planétaire, le rayonnement est insuffisant pour utiliser des panneaux solaires, les sondes spatiales qui doivent s'y rendre sont équipées de générateurs à isotope : Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Cassini, ou encore New Horizons. Un générateur thermoélectrique à radioisotope est particulièrement bien adapté à la production d'une alimentation électrique stable, sur une longue durée, et pour maintenir pendant plusieurs années opérationnels les instruments embarqués dans les sondes interplanétaires qui circulent en endurant un froid cosmique considérable. Par exemple, le générateur embarqué sur la sonde New Horizons est capable de fournir une alimentation électrique stable de 200 Watts sur plus de 50 ans. Au bout de deux siècles, la puissance tombe à 100 Watts. Cependant, en raison des quantités considérables de plutonium présentes dans un GTR spatial, toute anomalie au décollage des vecteurs utilisés pour propulser la sonde présente un risque environemental préocuppant.

Les générateurs à isotope ont été principalement conçus pour l'exploration spatiale, mais l'Union soviétique les a utilisés pour alimenter des phares, ce qui n'est pas sans poser des problèmes environnementaux.

[modifier] Sécurité

Les générateurs à isotope ne fonctionnent pas comme les centrales nucléaires. Les centrales créent l'énergie à partir d'une réaction en chaîne dans laquelle la fission nucléaire d'un atome libère des neutrons, qui à leur tour entraînent la fission d'autres atomes. Cette réaction, si elle n'est pas contrôlée, peut rapidement croître de façon exponentielle et causer de graves accidents, notamment par la fonte du réacteur.

A l'intérieur d'un générateur à isotope, on utilise seulement le rayonnement naturel d'un matériau radioactif, ce qui exclut a priori tout scénario catastrophe. Le carburant est de fait consommé de façon lente, cela produit moins d'énergie mais cette production se fait sur une longue période.

Même si le risque de catastrophe majeure est quasi nul, on n'est cependant pas à l'abri d'une contamination radioactive : Si le lancement d'une sonde spatiale échoue à basse altitude, il y a un risque de contamination localisée, tout comme dans la haute atmosphère, une désintégration de la sonde pourrait engendrer une dissémination de particules radioactives. On dénombre plusieurs accidents de ce type, dont trois (le satellite américain Transit 5BN-3 et deux sondes russes dont la mission Cosmos 305) ayant conduit à la libération de particules radioactives dans l'atmosphère. Dans les autres cas, aucune contamination n'a pu être détectée, et certains générateurs à isotopes ont été récupérés intacts, ayant résisté à la retombée dans l'atmosphère[1].

[modifier] Liens externes (en anglais)

[modifier] Références

  1. General Safety Considerations, Spring 2000, Fusion Technology Institute, University of Wisconsin-Madison