Hélium-3, le carburant du futur qui pilote le retour sur la Lune | Science

La question a été posée il y a plus d’un demi-siècle et est à nouveau d’actualité aujourd’hui, alors que les Américains et les Chinois s’apprêtent à revenir sur le seul satellite naturel de la Terre. Pourquoi y retourner ? Les deux puissances le font, cette fois, avec l’intention de séjourner pour des séjours plus longs que les brèves visites des premiers astronautes dans les années 60 et 70. L’intérêt géopolitique de cette course est incontestable.

Mais il y a d’autres raisons. Comme toujours, l’envie, implicite dans la nature humaine, d’aller toujours un peu plus loin. La raison invoquée par George Mallory pour tenter de gravir l’Everest est célèbre : « Parce qu’il est là ». Peut-être que cette même raison pourrait en partie justifier l’épopée des premiers vols Apollo, mais aujourd’hui ce sens de l’aventure s’est évaporé pour laisser la place à des motivations plus prosaïques.

La Lune est un excellent laboratoire scientifique. Cela pourrait être une autre justification pour les nouveaux explorateurs. Il reste encore de nombreuses inconnues à éclaircir sur son origine, son évolution et avec elle, celle des premiers temps du système solaire. L’absence d’atmosphère et de champ magnétique offre des conditions très particulières pour réaliser des observations astronomiques depuis sa surface. Et la face cachée serait un endroit parfait pour installer des radiotélescopes, à l’abri des perturbations électromagnétiques générées sur Terre. Bien entendu, la simple curiosité scientifique ne peut justifier le coût énorme de cette entreprise.

Reste une autre motivation, plus matérielle : l’intérêt commercial. Y a-t-il quelque chose de valeur sur la Lune qui la rend commercialement intéressante ? Une réponse évidente est l’eau. Bien sûr, dans la plupart des satellites, son existence – solide ou liquide – est impossible : dans le vide et sous la chaleur du jour, n’importe quelle calotte glaciaire se sublimerait et les gaz s’échapperaient dans l’espace.

Glace dans des cratères sombres

Mais dans les régions polaires, la situation est différente. Contrairement à la Terre, l’orbite et l’axe de la Lune sont très légèrement inclinés par rapport à l’écliptique. Il n’y a presque pas de gares là-bas. Aux pôles, les rayons du Soleil frappent toujours de manière très tangentielle et n’atteignent pas le fond de certains cratères profonds. Plongé dans une nuit éternelle, on y enregistre des températures qui ne dépassent jamais les 150 degrés en dessous de zéro, de quoi permettre la conservation indéfinie des glaces.

Plusieurs expériences ont confirmé l’existence de glace d’eau. Certains satellites l’ont détecté en analysant les neutrons provoqués par le bombardement de rayons cosmiques, un symptôme qui pointe vers la présence d’atomes d’hydrogène incrustés dans le régolithe. Pas nécessairement sous forme d’eau, mais aussi sous forme de constituants minéraux hydratés. D’autres ont utilisé la technique du « radar bistatique » : envoyer un signal radio qui rebondit sur le fond de ces cratères pour être capté par de grandes antennes de poursuite sur Terre. La distorsion subie par les vagues était plus typique des surfaces glacées que des terrains rocheux.

On estime que dans la région sud de la Lune, il existe environ 10 000 kilomètres carrés de zones d’ombre permanente. La glace n’y forme pas de grandes extensions comme les patinoires, mais se mélange au régolithe dans une sorte de boue gelée. Proportionnellement, de chaque mètre cube de terrain pourrait être extrait l’équivalent d’un bidon d’eau, dans le meilleur des cas.

Si l’eau lunaire est un jour obtenue, elle ne sera pas destinée à la consommation humaine ni envoyée sur Terre. Même purifiée, elle aura très probablement un goût désagréable et, d’un autre côté, nous avons déjà beaucoup d’eau sur notre planète. Sa véritable utilisation sera comme matière première pour le décomposer en oxygène et hydrogène, qui sont l’un des mélanges les plus énergétiques des moteurs de fusée. C’est exactement ce que consommera la future péniche d’alunissage de Blue Origin (le projet SpaceX, plus conservateur, brûlera du méthane et de l’oxygène).

La production industrielle d’eau lunaire nécessitera des installations à grande échelle, aujourd’hui difficiles à imaginer alors que la simple construction d’une modeste base permanente pose tant de problèmes. Mais un jour, la Lune deviendra une sorte de station-service spatiale, et ces cratères sombres pourraient bien constituer le terrain le plus précieux de notre système solaire.

Hélium-3 : le carburant du futur

Sur notre satellite se trouve un autre élément au potentiel économique énorme, l’hélium-3. C’est un isotope stable de l’hélium qui se forme dans notre étoile et nous parvient porté par le vent solaire. Sur Terre, le champ magnétique et l’atmosphère agissent comme un bouclier, mais sur la Lune, cette protection n’existe pas et, pendant des millions d’années, l’hélium-3 a été absorbé par le sol. Notre satellite tout entier est un gisement possible. Du moins, en théorie.

Quand l’hélium-3 cache-t-il la Lune ? Certaines estimations suggèrent qu’entre un et trois millions de tonnes, la quasi-totalité s’est accumulée dans les couches externes du régolithe, son extraction serait donc relativement facile.

Sur Terre, des traces d’hélium-3 restent piégées dans les couches profondes du sol, s’échappant parfois des émissions de certains gisements de gaz. La majeure partie est produite artificiellement dans des réacteurs nucléaires, par irradiation du lithium ou par désintégration du tritium, un élément utilisé dans les bombes thermonucléaires. Le démantèlement progressif de ces arsenaux a réduit leur disponibilité.

L’hélium 3 a été décrit comme le combustible du futur dans les centrales à fusion. Sa réaction avec le deutérium libère d’énormes quantités d’énergie, produisant des atomes d’hélium-4 inoffensifs sous forme de déchets sans émission de rayonnements dangereux. Il Saint Graal d’énergie propre.

Un objet très rare

L’hélium 3 n’est disponible qu’en très petites quantités, à peine suffisantes pour certaines expériences. Bien sûr, cela coûte très cher : plus de 30 000 dollars le gramme. La consommation mondiale, limitée par une offre restreinte, s’élève à un peu plus d’un demi-kilo par an. Il est utilisé pour construire des équipements pour l’industrie nucléaire, notamment des détecteurs de neutrons. Pour atteindre également des températures très basses, de l’ordre de quelques dixièmes de degré au-dessus du zéro absolu, utilisation obligatoire en instrumentation quantique. Et il est de plus en plus utilisé dans les applications d’imagerie diagnostique biomédicale avec des équipements de résonance magnétique et de spectroscopie à rayons X.

Les analystes estiment qu’il existe une demande potentielle d’hélium-3 d’une valeur d’environ 400 millions de dollars, un gâteau non seulement très attractif, mais qui montre également une nette tendance à la hausse. Cette substance est peut-être rare sur notre planète, mais il existe certainement sur la Lune des gisements faciles à exploiter, puisqu’elle est absorbée dans les couches supérieures du régolithe. Ce qui ressemblait à de la science-fiction il y a dix ans est aujourd’hui une véritable opportunité commerciale.

Plusieurs entreprises étudient sérieusement cette possibilité. La dernière en date, Interlune, a été récemment créée à Seattle et a déjà réussi à lever du capital-risque pour plus de 13 millions de dollars. Parmi ses fondateurs, l’astronaute Harrison Schmitt, le seul géologue à avoir posé le pied sur la Lune et qui possède donc une connaissance directe du sujet. Il vient d’avoir 88 ans.

Les responsables d’Interlune estiment que l’hélium-3 est le seul produit lunaire dont le prix justifie son extraction et son transport vers la Terre. Pour ce faire, ils conçoivent un robot automatique qui, sous forme de prototype, se rendra sur notre satellite en 2025. Il s’agit essentiellement d’une petite excavatrice dotée d’un four pour chauffer les échantillons de roche jusqu’à 600 degrés, suffisamment – espèrent-ils – pour provoquer le détachement de la roche. Du gaz occlus, qui sera collecté en petites cloques.

Le robot, alimenté par des cellules photoélectriques, fonctionnera pendant les deux semaines du jour lunaire et restera en hibernation la nuit. Et ainsi de suite, pendant quelques années. La technique qu’ils ont développée – un secret industriel bien sûr – n’est destinée qu’à obtenir de petits échantillons. En cas de succès, l’exploitation commerciale nécessitera des véhicules plus gros, transportés par cargos. vaisseau spatial de SpaceX.

Dans tous les cas, l’envoi des flacons de gaz sur Terre nécessitera le retour de capsules qui n’existent pas encore. Et avec une faible capacité de charge, peut-être limitée à quelques kilos. Aux prix actuels, de quoi couvrir les coûts et laisser un bénéfice attractif.

Et par où comptez-vous commencer à creuser ? Selon Schmitt, la Lune entière offre des possibilités, même s’il existe des régions plus attractives que d’autres. Son étude des échantillons lunaires et des données collectées par les satellites en orbite l’a aidé à sélectionner l’endroit le plus prometteur pour dessiner le « X » comme sur une carte au trésor. Mais cette carte est un autre secret jalousement gardé par les nouveaux mineurs de l’espace.

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