De l’hélium‑3 lunaire pour la fusion nucléaire ?

Depuis 1969, le retour d’une mis­sion humaine sur la Lune n’a jamais paru aus­si proche. Même si l’intérêt scien­ti­fique conti­nuait à fleu­rir, les pro­grammes spa­tiaux l’avaient délais­sé depuis de nom­breuses décen­nies au pro­fit de la sta­tion spa­tiale inter­na­tio­nale et de mis­sions d’exploration du sys­tème solaire. Domi­né par la com­pé­ti­tion gran­dis­sante entre les États-Unis et la Chine, le retour sur la Lune est, doré­na­vant, moti­vé par l’étude et l’exploitation de ses res­sources. Par­mi elles, l’hélium‑3 repré­sente le poten­tiel le plus signi­fi­ca­tif dans le domaine éner­gé­tique. Cet iso­tope non radio­ac­tif est un car­bu­rant idéal pour le fonc­tion­ne­ment d’un réac­teur à fusion qui consiste à le faire s’allier avec du deu­té­rium, avec l’avantage de ne pas pro­duire de neutrons. 

Encore au stade expé­ri­men­tal, la capa­ci­té à conte­nir une telle éner­gie dans la chambre de confi­ne­ment du réac­teur condi­tionne sa réa­li­sa­tion. En sep­tembre 2021, l’entreprise états-unienne Com­mon­wealth Fusion Sys­tems, basée dans le Mas­sa­chu­setts, annonce la créa­tion, à l’aide d’un élec­troai­mant supra­con­duc­teur à haute tem­pé­ra­ture, d’un champ magné­tique de 20 Tes­las. Cela consti­tue une avan­cée remar­quable, et dans cette pers­pec­tive, l’extraction de l’hélium‑3 sur la Lune pour­rait faci­li­ter le déve­lop­pe­ment de cette tech­no­lo­gie de rupture.

Dès 1988, un rap­port de la NASA dédié à l’hélium‑3 évo­quait le poten­tiel de cet iso­tope pour l’avènement du réac­teur à fusion nucléaire¹. En outre, il pré­sente théo­ri­que­ment plu­sieurs avan­tages : une éner­gie abon­dante, décar­bo­née et sans déchets nucléaires. Sur le papier, ses atouts en font une res­source com­pé­ti­tive, d’autant plus que cet iso­tope est utile pour d’autres appli­ca­tions telles que la cryo­gé­nie, les ordi­na­teurs quan­tiques et l’imagerie pul­mo­naire par IRM. Et la Lune en est le prin­ci­pal réservoir.

Depuis des mil­liards d’années, l’action des vents solaires a libé­ré des par­ti­cules de haute éner­gie, dont l’hélium‑3 qui s’est accu­mu­lé sur la Lune par son absence d’atmosphère. Res­source renou­ve­lable par défi­ni­tion, cet iso­tope se dépose régu­liè­re­ment sur le sol sélène² à tra­vers l’activité constante du Soleil. Pour­tant, comme le montre Ian Craw­ford, la notion d’abondance de cette res­source est à pon­dé­rer : la plus haute concen­tra­tion obser­vée lors de mesures effec­tuées sur des échan­tillons est de 10 par­ties par mil­liard (ppb), selon la masse, pour une concen­tra­tion moyenne de 4 ppb dans la couche régo­li­thique³.

Préa­lable incon­tour­nable à l’installation d’une base humaine, de nom­breux États (Inde, Rus­sie, Chine, Émi­rats arabes unis, etc.) pré­parent de nou­velles mis­sions lunaires au cours de ces pro­chaines années. De loin, le pro­gramme Arte­mis, sou­te­nu par la NASA, est celui qui s’avère le plus abou­ti à ce stade pour ce retour pro­gram­mé. Aux côtés des États-Unis, de nom­breux pays comme l’Australie, le Bré­sil, l’Italie, le Japon et le Luxem­bourg se sont joints à cet ambi­tieux pro­jet. De son côté, la Chine, asso­ciée à la Rus­sie, envi­sage éga­le­ment l’établissement d’une base lunaire. Cepen­dant, le cahier des charges d’une telle entre­prise reste actuel­le­ment incom­plet pour sa concré­ti­sa­tion à l’horizon 2030, tant sur les moyens finan­ciers que sur les dis­po­si­tifs techniques.

À l’évidence, une ins­tal­la­tion per­ma­nente requiert la construc­tion et le main­tien d’infrastructures par le biais d’une uti­li­sa­tion des res­sources dis­po­nibles sur place et d’un usage inten­sif de robots. À cet égard, la socié­té aus­tra­lienne Luy­ten sou­haite déployer la tech­no­lo­gie d’impression 3D pour four­nir des solu­tions de construc­tion sur place⁴. Autre­ment dit, il s’agit de mettre en œuvre un éco­sys­tème arti­fi­ciel lunaire faci­li­tant les voyages avec la Terre. Pour mener à bien cette ambi­tion, l’incubateur fran­çais Tech­The­Moon, basé à Tou­louse, est le pre­mier au monde dédié au déve­lop­pe­ment d’une implan­ta­tion per­ma­nente sur la Lune⁵. Mal­gré cette ému­la­tion, l’établissement d’une colo­nie humaine demeure une pers­pec­tive loin­taine. Ain­si, un récent rap­port d’audit de la NASA pointe du doigt les retards cumu­lés du pro­gramme Arte­mis, en par­ti­cu­lier le déve­lop­pe­ment et les tests du module lunaire, ajour­nant de fac­to cette mis­sion au-delà de 2024⁶.

Dans cette course scien­ti­fique et éco­no­mique, la Chine a démon­tré une pro­gres­sion ful­gu­rante dans ses acti­vi­tés spa­tiales en direc­tion de l’objet céleste. Étape fon­da­men­tale dans le déve­lop­pe­ment de son pro­gramme spa­tial, la Chine envoie, dès 2007, sa pre­mière sonde en orbite autour de la Lune. Depuis, les mis­sions Chang’e 4 (2018) et Chang’e 5 (2020) ont per­mis des avan­cées signi­fi­ca­tives dans la connais­sance et l’étude des don­nées sur la topo­gra­phie et la com­po­si­tion du sol lunaire. L’un des objec­tifs de ces voyages est de déter­mi­ner la quan­ti­té exacte d’hélium‑3 pré­sente. À cette fin, l’Institut de recherche de géo­lo­gie de l’u­ra­nium de Pékin (BRIUG) mesure la teneur conte­nu d’hélium‑3 du sol, éva­lue ses para­mètres d’extraction et en étu­die sa fixa­tion. Ces avan­cées reflètent aus­si la stra­té­gie glo­bale de Pékin sur la maî­trise des miné­raux et métaux ter­restres ain­si que de leur usage.

Dans l’ensemble, d’autres pays financent des pro­grammes d’a­na­lyse du sol lunaire à l’image de la future mis­sion du pre­mier rover émi­ra­ti pro­gram­mée pour l’année 2022⁷. Avec l’aide de l’atterrisseur lunaire de l’entreprise japo­naise Ispace, le rover « Rashid » étu­die­ra notam­ment sa com­po­si­tion géo­lo­gique et ses pro­prié­tés. Sans nul doute, ces mis­sions contri­buent à éva­luer son poten­tiel minier.

Imman­qua­ble­ment, les mis­sions scien­ti­fiques sont ame­nées à se pour­suivre au cours de la pro­chaine décen­nie pour conti­nuer les rele­vés de roches régo­li­thiques vers de nou­veaux ter­ri­toires lunaires. Par sa valeur scien­ti­fique ines­ti­mable, elle tra­duit un des fon­de­ments de l’entreprise humaine de l’exploration spa­tiale qui repose sur l’éventualité d’exploiter les res­sources extra­ter­restres appa­rais­sant, par défi­ni­tion, illi­mi­tées. Quoi qu’il en soit, la mise en place d’une filière minière extra­ter­restre com­porte des contraintes d’investissements et d’infrastructures telles que le déploie­ment des res­sources renou­ve­lables exis­tantes sur Terre demeu­re­ra moins oné­reux. En réa­li­té, le coût éner­gé­tique de l’hélium‑3 lunaire – de son extrac­tion à son usage dans un réac­teur à fusion nucléaire – en ferait, tout au plus, une contri­bu­tion plu­tôt mar­gi­nale à nos besoins éner­gé­tiques à long terme.

Si les ver­rous tech­no­lo­giques et finan­ciers exis­tants freinent osten­si­ble­ment le lan­ce­ment d’une telle entre­prise en dehors du sys­tème ter­restre⁸, les poli­tiques de recherche et de déve­lop­pe­ment sou­te­nus dans plu­sieurs pays sont en ce sens un moyen de main­te­nir cette pos­si­bi­li­té ouverte. Somme toute, cette fai­sa­bi­li­té pour­rait se dénouer à l’occasion du fran­chis­se­ment d’un seuil tech­no­lo­gique cor­ré­lé à sa ren­ta­bi­li­té éco­no­mique. Der­nier point, les trai­tés inter­na­tio­naux actuels n’offrent pas un cadre poli­tique et juri­dique pour mener des acti­vi­tés minières sur la Lune. Dans l’intervalle, une réflexion doit donc être enga­gée sur le sta­tut de l’objet céleste qui pour­rait être in fine simi­laire à celui de l’Antarctique, en deve­nant un espace neutre dédié à la science.