Les piles atomiques fonctionnant sur la désintégration du plutonium alimentent depuis plus de soixante ans les stimulateurs cardiaques et les sondes spatiales. Mais la matière première est rare : dans le monde entier, on ne produit que quelques kilogrammes de plutonium-238 par an, et cela suffit tout juste pour les missions les plus importantes. Les auteurs de ces nouveaux travaux proposent une source inattendue : un réacteur à fusion qui n'est pas encore construit, mais déjà conçu dans les moindres détails.
À l'intérieur d'un tel réacteur, la fusion du deutérium et du tritium produit des neutrons d'une énergie de 14 millions d'électrons-volts. Ces particules, lorsqu'elles frappent des matériaux spécialement choisis — thorium, neptunium, protactinium —, forcent leurs noyaux à capturer des neutrons et à se transformer en isotopes quasi inexistants dans la nature. Les calculs sur le modèle informatique OpenMC montrent qu'un gigawatt-année de fonctionnement du réacteur produit de 11 à 57 kilogrammes de plutonium-236. Un gramme de cette matière libère 18 gigajoules d'énergie sur un siècle — comme si une minuscule poussière faisait chauffer une bouilloire pendant des dizaines d'années d'affilée.
Outre le plutonium, le réacteur peut produire de l'uranium-232, du thorium-228, de l'actinium-227 et du plomb-210 — tout un ensemble de combustibles dont la densité énergétique est dix fois supérieure à celle du plutonium-238 habituel. Pour un vaisseau spatial, cela signifie une source d'électricité légère et puissante : l'actinium-227 et le plomb-210 nécessitent moins de protection contre les radiations que les matériaux actuels, si la puissance dépasse quelques centaines de watts. Ainsi, une centrale à fusion, conçue pour produire de l'électricité, devient au passage une usine de combustible pour des piles qui fonctionneront dans des montres, des capteurs et des rovers martiens.
Les réacteurs à fusion n'ont pas encore dépassé le stade des laboratoires, mais le calcul montre qu'une seule de ces centrales pourrait remplacer toute une usine de production d'isotopes. Et alors, les piles atomiques cesseraient d'être un produit de niche pour devenir une source d'énergie ordinaire — silencieuse, durable et presque éternelle.
Un gramme de plutonium-236 libère en cent ans autant d'énergie que la combustion d'environ 400 kilogrammes de charbon.
Dans le roman « Seul sur Mars » d'Andy Weir, le héros utilise un générateur thermoélectrique à radioisotopes au plutonium-238 pour se réchauffer dans le désert martien — la nouvelle technologie rendrait ces générateurs dix fois plus puissants pour le même poids.