Pour survivre aux températures lunaires extrêmes, la Nasa teste des batteries capables de résister à -170 °C
La nuit lunaire est un cauchemar pour les batteries. Et la Nasa entend bien en faire un simple problème technique. L'agence spatiale américaine teste des batteries capables de survivre à des températures de -170°C, sans être endommagées. Un résultat qui pourrait changer la manière dont les futurs robots et équipements scientifiques seront alimentés sur la Lune, selon Interesting Engineering.
Le projet, baptisé SPEARS (Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space), vise à développer des systèmes de stockage capables d'affronter les conditions extrêmes rencontrées sur la Lune.
L'objectif: éviter de dépenser une énergie précieuse pour maintenir les batteries au chaud, alors que chaque watt compte dans un environnement où les ressources sont limitées. La technologie pourrait notamment servir aux rovers, aux instruments scientifiques et aux équipements de secours destinés aux astronautes du programme Artemis.
Encaisser le froid, mais pas à pleine puissance
Les températures près du pôle Sud lunaire peuvent chuter jusqu'à -200 °C, voire -250 °C dans certains cratères ombragés. Dans ces conditions, les batteries lithium-ion classiques montrent leurs limites. Les électrolytes liquides, qui permettent le déplacement des ions entre les électrodes, deviennent moins performants lorsque le thermomètre plonge. Le froid ralentit les réactions électrochimiques et peut empêcher la batterie de fournir suffisamment d'énergie.
La solution explorée par la Nasa repose sur des électrolytes solides, à base de céramique ou de polymère. De quoi améliorer la résistance aux températures extrêmes et réduire les risques d'incendie associés aux liquides inflammables.
Les premiers résultats, obtenus lors d'essais thermiques sous vide au centre de recherche Langley, en Virginie, sont prometteurs. Des chercheurs de la Nasa examinent des prototypes de batteries dans ces conditions de test. Elles ont également pu fonctionner jusqu'à -80°C, mais avec des performances réduites.
"Nous avons prouvé pour la première fois que ces cellules peuvent fonctionner jusqu'à moins 80 degrés Celsius", lance Yi Lin, responsable des essais et de la recherche du programme SPEARS à la Nasa Langley.
Les chercheurs ont également exposé les cellules à des températures allant jusqu'à 100 °C et jusqu'à -170 °C sans constater de dommages. Mais résister à une température ne signifie pas être capable de fonctionner à cette température. À -170 °C, les batteries testées ne fournissent pas d'énergie. Elles doivent être réchauffées avant de pouvoir être utilisées.
Moins d'énergie gaspillée
C'est précisément là que cette technologie pourrait faire la différence. Sur la Lune, les nuits durent environ deux semaines terrestres. Maintenir des batteries à une température compatible avec leur fonctionnement pendant une période aussi longue peut mobiliser une quantité considérable d'énergie et nécessiter des équipements thermiques supplémentaires.
Les batteries SPEARS, quant à elles, pourraient supporter le froid sans chauffage permanent. Il suffirait ensuite de les réchauffer au moment où elles doivent alimenter un équipement. De petits dispositifs de chauffage pourraient suffire à les ramener dans leur plage de fonctionnement.
De quoi limiter la consommation consacrée à la gestion thermique et préserver davantage d'énergie pour les opérations scientifiques. Le dispositif pourrait également contribuer à alléger les systèmes embarqués, un avantage précieux pour les engins spatiaux. Les performances dépendront néanmoins des besoins de chaque mission. La Nasa étudie différents matériaux d'électrodes afin d'ajuster la capacité énergétique, la puissance délivrée et la durée de vie des cellules en fonction des applications visées.
L'ambition dépasse d'ailleurs la seule exploration lunaire. Des batteries capables de supporter des variations thermiques importantes pourraient intéresser d'autres systèmes soumis à des conditions difficiles, notamment les aéronefs, les drones, les véhicules et certains appareils électroniques portables.
Mais il reste un obstacle majeur avant de voir ces cellules à l'œuvre sur la Lune: les prototypes n'ont pas encore été testés dans l'espace. Leur résistance en laboratoire constitue une première étape. Il faudra ensuite vérifier leur fiabilité sur la durée, leurs performances dans des conditions réelles et leur capacité à répondre aux besoins énergétiques des futures missions.
Sur la Lune, la prochaine révolution des batteries pourrait donc commencer par un enjeu très concret: survivre à la nuit.