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π Énergie

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

Florian Vidal
Florian Vidal
chercheur à l’Institut français des relations internationales

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 idoine 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 élec­tro-aimant 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.

Quel est le potentiel de l’hélium‑3 lunaire ?

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 en haute énergie, dont l’hélium‑3 qui s’est accu­mulé sur la Lune par son absence d’atmosphère. Ressource renou­ve­lable par déf­i­ni­tion, l’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 dans les 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.

Le retour programmé sur la Lune

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 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.

La Chine entame la course pour cette nouvelle frontière minière

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 présent. Pour cela, l’Institut de recherche de géolo­gie de l’u­ra­ni­um de Pékin (BRIUG) mesure le con­tenu d’hélium‑3 dans le 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 pour analyser le 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.

De nombreux obstacles

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 extra-ter­restres appa­rais­sant, par déf­i­ni­tion, illim­itées. Quoi qu’il en soit, la mise en place d’une fil­ière minière extra-ter­restre 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.

1https://​ntrs​.nasa​.gov/​c​i​t​a​t​i​o​n​s​/​1​9​8​9​0​0​05471
2Relatif à Séléné, déesse de la Lune dans la mytholo­gie grecque
3http://www.homepages.ucl.ac.uk/~ucfbiac/Lunar_resources_review_preprint_accepted_manuscript.pdf
4https://​www​.luyten3d​.com/​p​r​o​j​e​c​t​-​m​e​e​k​a​-​p​r​e​s​s​-​r​e​lease
5https://​techthe​moon​.com/
6https://oig.nasa.gov/docs/IG-22–003.pdf
7https://​www​.nation​al​geo​graph​ic​.com/​s​c​i​e​n​c​e​/​a​r​t​i​c​l​e​/​p​a​i​d​-​c​o​n​t​e​n​t​-​u​a​e​s​-​g​i​a​n​t​-​l​e​a​p​-​i​n​t​o​-​space; // https://www.nature.com/articles/d41586-020–03054‑1
8https://​the​con​ver​sa​tion​.com/​d​e​s​t​i​n​a​t​i​o​n​-​m​o​o​n​-​i​s​-​i​t​-​t​i​m​e​-​f​o​r​-​u​s​-​t​o​-​s​e​n​d​-​a​s​t​r​o​n​a​u​t​s​-​b​a​c​k​-​1​59486

Auteurs

Florian Vidal

Florian Vidal

chercheur à l’Institut français des relations internationales

Titulaire d'un doctorat en sciences politiques (Université Paris Descartes), les travaux de Florian Vidal portent sur les ressources et la gouvernance de l’Anthropocène, en particulier les enjeux miniers dans les milieux reculés. Il est également chercheur associé au laboratoire interdisciplinaire des énergies de demain (Université de Paris).