En 1986, des scientifiques de l’Institut de technologie de la fusion de l’Université du Wisconsin ont estimé que le « sol » lunaire, appelé régolithe, contient un million de tonnes d’hélium-3 (3He), un matériau qui pourrait être utilisé comme combustible pour produire de l’énergie par fusion nucléaire. Selon l’étude, son exploitation serait une entreprise rentable : l’énergie produite par l’hélium-3 serait 250 fois supérieure à celle nécessaire pour extraire cette ressource de la Lune et la transporter sur Terre, où les réserves lunaires d’hélium-3 pourraient subvenir aux besoins de l’humanité pendant des siècles.
L’analyse des chercheurs, basée sur des échantillons collectés par les missions Apollo, a déclenché une fièvre pour ce nouvel or lunaire, qui vaudrait des milliards de dollars pour ceux qui le contrôleraient. Cependant, plus de 30 ans plus tard, pas un seul gramme n’a encore été collecté, et certains disent que cela n’arrivera jamais, car -selon eux- l’hélium 3 n’a servi qu’à gonfler un énorme ballon de spéculations infondées.
La fusion nucléaire d’atomes légers, comme les isotopes d’hydrogène deutérium (2H) et tritium (3H), est considérée depuis des décennies comme la source d’énergie du futur, inépuisable et beaucoup moins polluante que la fission d’atomes lourds comme l’uranium. Cependant, le développement technologique nécessaire pour qu’elle soit une option pratique et économe en énergie occupe encore les chercheurs, et ce n’est pas une énergie entièrement propre : la fusion du deutérium et du tritium produit des neutrons, des particules qui provoquent une contamination radioactive et qui ne peuvent pas être contenues avec des champs électromagnétiques, car elles sont dépourvues de charge électrique.
Par contre, l’hélium-3 (un isotope non radioactif du gaz utilisé pour gonfler les ballons) présente des avantages remarquables : sa fusion avec le deutérium est plus efficace que celle du deutérium-tritium et ne libère pas de neutrons mais des protons, qui peuvent être facilement contenus grâce à leur charge positive. De plus, il est possible de capter son énergie pour produire directement de l’électricité, sans avoir besoin d’un processus de chauffage de l’eau pour faire tourner des turbines, comme dans les centrales à fission nucléaire actuelles.
Les principaux obstacles
Le problème est que l’hélium 3 est extrêmement rare sur Terre. Cet isotope provient essentiellement du vent solaire, mais la Terre est protégée sous le bouclier de son atmosphère et de son champ magnétique. En revanche, pendant des milliards d’années, la Lune a accumulé une quantité incroyable de cette matière dans sa couche superficielle, mais à des concentrations si faibles qu’il faudrait traiter d’énormes quantités de régolithe pour le récolter en le chauffant à 600 °C. A cela s’ajouteraient la difficulté et le coût de son transport vers la Terre.
Malgré les obstacles majeurs, « il y a peut-être quelques chances d’utiliser l’hélium-3 comme combustible de deuxième génération », déclare à OpenMind le physicien de la fusion John Wright du Massachusetts Institute of Technology. Cependant, pour Wright, de vastes améliorations de la technologie de fusion seront encore nécessaires « avant que nous ayons à nous soucier de l’exploitation minière. »
La principale objection à la fusion avec l’hélium-3 est résumée par Frank Close, un physicien de l’Université d’Oxford. En 2007, Close a écrit dans la revue Physics World que « le deutérium réagit jusqu’à 100 fois plus lentement avec l’hélium-3 qu’avec le tritium », ce qui nécessiterait des températures de fusion beaucoup plus élevées que dans les réacteurs actuels. En pratique, a souligné Close, le deutérium aurait tendance à fusionner avec lui-même pour former du tritium, qui réagirait ensuite à nouveau avec le deutérium comme dans la fusion classique, produisant des neutrons. En résumé, Close a qualifié l’idée de produire de l’électricité à partir de l’hélium 3 lunaire de « moonshine ».
« L’hélium 3 n’a aucune pertinence pour la fusion », souligne Close à OpenMind ; « Rien n’a changé dans les lois de la physique depuis mon article de 2007. » Bien que le physicien pense qu’il est possible pour nous de voir le développement de l’exploitation minière lunaire, « il n’y a aucun intérêt à aller sur la Lune pour l’hélium-3 si votre objectif est de faire de la fusion. »
Nouvelles stratégies pour la fusion
Cependant, les objections de Close se basent sur les réacteurs de fusion conventionnels, comme ITER, un projet international en construction en France, qui pèsera trois fois plus que la Tour Eiffel et atteindra des températures de 150 millions de degrés centigrades. Une conception du même type pour la fusion de l’hélium nécessiterait des températures plus élevées et des tailles encore plus massives. De nouvelles stratégies sont donc nécessaires. « Le défi consiste à gérer la quantité de tritium qui reste dans le plasma à partir de ces réactions secondaires pour minimiser la production de neutrons deutérium-tritium », écrit Wright.
Et quelqu’un a rendu cela possible, bien que toujours sans bilan énergétique positif. Gerald Kulcinski, directeur de l’Institut de technologie de la fusion à l’Université du Wisconsin et l’un des auteurs de cette étude pionnière de 1986, développe depuis des décennies la fusion avec l’hélium-3. « Il est exact que l’énergie requise pour la fusion deutérium-hélium-3 est environ deux à trois fois plus élevée que pour le deutérium-tritium », explique Kulcinski à OpenMind.
Le petit réacteur développé par le chercheur parvient à surmonter l’obstacle, en minimisant la production de neutrons et en réduisant leur énergie. Encore plus prometteuse, ajoute Kulcinski, est la fusion hélium-3-hélium-3, plus compliquée mais totalement exempte de neutrons. « Cela changerait vraiment la donne, mais je ne suis pas sûr de voir cela de mon vivant », conclut-il. Pour l’analyste Thomas Simko de l’université RMIT en Australie, « les réacteurs à fusion d’hélium ne seront probablement pas développés avant le milieu du siècle au plus tôt. »
Mais même en surmontant les pierres d’achoppement de la technologie de fusion, il resterait celle de l’exploitation minière lunaire. Cependant, Simko souligne que nous verrons probablement les premières étapes exploratoires dans les années à venir, de sorte que « lorsque l’hélium 3 sera nécessaire, on saura déjà où il se trouve et comment l’extraire et le livrer. »
Premières étapes pour l’exploitation minière lunaire
En effet, il semble que ces premières étapes soient déjà en cours. Certaines agences spatiales nationales ainsi que diverses entreprises privées ont en ligne de mire l’exploitation minière lunaire, à laquelle s’ajoute l’intérêt des puissances émergentes : la sonde chinoise Chang’e 4, perchée sur la face cachée de la Lune, pourrait inclure parmi ses objectifs le repérage préliminaire de la présence d’hélium 3, ce qui a également été dit de la mission lunaire Chandrayaan 2 que l’Inde lancera en avril.
Pour sa part, l’Agence spatiale européenne a signé un contrat avec plusieurs entreprises afin d’étudier la future exploitation des ressources du régolithe lunaire pour soutenir une colonie habitée ; dans ce cas, l’hélium 3 pourrait être utilisé pour alimenter un réacteur local, voire comme carburant pour des engins spatiaux propulsés par fusion nucléaire.
En fait, de nombreux experts considèrent cette utilisation in situ des ressources comme une option plus réaliste. « Je ne pense pas qu’il y ait tout ce qu’il y a à gagner à exploiter la Lune et à la ramener sur Terre », déclare à OpenMind le géologue planétaire Paul Byrne, de l’Université d’État de Caroline du Nord. « Je pense que nous ferions un bien meilleur usage de notre argent, de notre temps et de notre créativité en utilisant les ressources lunaires pour soutenir les humains qui vivent sur la Lune, et pour soutenir les futures explorations robotiques et en équipage vers d’autres parties du système solaire. » En bref, avec ou sans or, il semble que la fièvre lunaire ne montre aucun signe d’apaisement.
Javier Yanes
@yanes68