La jeune société française Diamfab, spécialiste dans la fabrication de diamant semi-conducteur, et le fournisseur de semi-conducteurs STMicroelectronics annoncent avoir développé une batterie nucléaire “diamant- tritium” affichant un rendement de conversion de 10,5 %, avec une densité énergétique de 15 nW/cm² et capable de fournir de l’énergie sur une durée allant jusqu’à 20 ans.

Selon les deux sociétés, cette technologie ouvre la voie à des sources d’énergie durables et à très faible consommation destinées à être utilisées pour des capteurs, des systèmes embarqués dans le spatial, la santé et les applications industrielles.

Au terme de quatre années de recherche et développement collaboratives menées dans le cadre du projet Tbatt- Diamond (*), les ingénieurs du consortium ont conçu un générateur dit “bêta-voltaïque” fondé sur le couple diamant-tritium. Une avancée jugée majeure dans le développement des micro-batteries nucléaires capable de produire une énergie électrique en continue pendant plusieurs décennies.

Ce générateur “bêta-voltaïque” à base de tritium est en fait une petite batterie nucléaire qui convertit la désintégration naturelle du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène, en électricité grâce à un matériau semi-conducteur, selon un principe analogue à celui des cellules photovoltaïques.

En raison de la lente désintégration du tritium et de la faible pénétration de son rayonnement, aisément confinable, ces générateurs délivrent de très faibles puissances, en toute sécurité et de manière continue pendant plusieurs années, sans recharge ni maintenance, selon Diamfab et STMicreolectronics.

Cette technologie de rupture, associant diamant synthétique et tritium recyclé issu de l’industrie nucléaire, ouvre ainsi la voie, selon les deux sociétés, à une nouvelle génération de batteries nucléaires compactes, chimiquement inertes et mécaniquement robustes.

Ces sources d’énergie répondent aux applications demandant une grande longévité et fiabilité, notamment dans le domaine des applications IoT auto alimentées, des capteurs téléopérés, des microsatellites et des systèmes autonomes opérant en environnements contraints.

« Nous avons développé un savoir-faire technologique unique dans la fabrication de cellules bêta-voltaïques en diamant et la conception des générateurs, commente Gauthier Chicot, un des deux co-fondateurs de Diamfab (avec Khaled Driche). Cette collaboration a enrichi notre expertise et ouvre la voie à de futures innovations. Et nous travaillons activement d’ores et déjà avec l’ESA et Orano afin de concevoir des générateurs plus puissants, porteurs de solutions souveraines pour l’exploration spatiale. »

Dans le cadre du projet Tbatt-Diamond, Diamfab, coordinateur du projet, a piloté la conception, la fabrication et la caractérisation des cellules de conversion, STMicroelectronics a conçu l’électronique de contrôle et de traitement ultra-basse consommation ainsi que les systèmes de récupération d’énergie et le CEA a apporté son expertise en manipulation d’isotopes d’hydrogène.

A l’avenir, les équipes visent à augmenter le rendement de conversion et à accroître la densité de puissance jusqu’à 100 μW/cm³, à travers l’augmentation des surfaces actives, le renfort de l’intensité de la source radioactive et l’optimisation des architectures d’assemblage.

Pour rappel, Diamfab fondée en 2019 et implantée à Grenoble compte aujourd’hui 26 collaborateurs. La société développe et synthétise des substrats diamant à haute valeur ajoutée pour l’industrie des semi-conducteurs et conçoit des architectures de composants électroniques avancées. Récemment, en janvier, Diamfab a inauguré près de Grenoble (à Fontaine) une ligne pilote de semiconducteurs à base de diamant synthétique, fruit d’un investissement de 4 millions d’euros.

Cette unité de fabrication est installée dans un bâtiment de 750 m², dont 150 m² de salle blanche. Elle sera capable à terme, en 2028, de produire plusieurs dizaines de milliers de tranches de diamant semiconducteur de 4 pouces de diamètre.

(*) Le projet Tbatt-Diamond a bénéficié du soutien du plan France 2030 et du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA 4), dispositifs visant à renforcer l’innovation et la souveraineté technologique française, sous la coordination du Secrétariat Général pour l’Investissement (SGPI) et avec le financement de Bpifrance.