L’hélium-3, ce gaz qui pourrait tout changer

Rédigé le 21 octobre 2016 par | Matières premières & Energie, Nouvelles technologies Imprimer

L’hélium est un gaz important pour l’économie, notamment dans le domaine médical car il est utilisé dans les machines à IRM.

Aujourd’hui, nous allons parler de l’hélium-3. Vous pensez peut-être que c’est à peu près la même chose mais les marchés de ces deux gaz, et leurs usages, sont aussi différents que le jour et la nuit.

Commençons par expliquer la différence entre les deux. L’hélium « normal » est l’hélium-4. Son noyau contient deux protons et deux neutrons, et deux électrons orbitent autour de lui. L’hélium-3 est identique à l’hélium-4 « normal » à ceci près que son noyau contient un neutron de moins.

Le neutron « manquant » de l’hélium-3 change totalement son comportement à très basse température, ce qui lui donne un rôle important dans la cryogénie. Mais il a bien d’autres propriétés. Il peut être utilisé pour capturer des neutrons « libres », un sous-produit de la désintégration radioactive.

L’un des usages actuels les plus importants de l’hélium-3 est dans les détecteurs de radiations utilisés pour repérer les terroristes qui tentent de faire passer en fraude des matériaux radioactifs, comme du plutonium.

Une application un peu obscure, me direz-vous, mais la pénurie d’hélium-3 a mis au point mort l’ensemble du programme de sécurité frontalière américain visant à détecter les « bombes sales ». Ces armes peu sophistiquées, au lieu de provoquer une explosion nucléaire, répandent des matériaux radioactifs autour d’elles. Conséquence de cette pénurie, d’autres types de détecteurs – ne dépendant pas de l’hélium-3, sont aujourd’hui à l’étude.

Une autre utilisation de ce gaz est liée au fait que l’hélium-3 est « visible » dans une machine à IRM. Lorsque vous en inspirez, il permet de visualiser les endroits de vos poumons qui fonctionnent correctement, et ceux qui ne reçoivent pas assez d’air.

Autant d’applications utiles et qui expliquent l’actuel prix vertigineux de l’hélium-3.

Le marché mondial est de seulement quelques kilos par an et chaque litre se vend plusieurs milliers de dollars. Avec un gros ballon de baudruche rempli d’hélium-3, vous pourriez vous acheter une voiture.

Tout ceci est fort intéressant, mais ce n’est qu’une niche et ce n’est donc pas vraiment le genre de chose qui nous intéresse à la Quotidienne. Alors pourquoi vous en parler ?

L’avenir de la fusion passerait-il par l’hélium-3 ?

En un mot : fusion.

La fusion nucléaire, si nous parvenons à la mettre au point, pourrait être une révolution pour la génération électrique.

Vous vous êtes peut-être habitué à l’idée qu’il existe aujourd’hui de nombreux types de réacteurs nucléaire (à fission), qu’ils soient expérimentaux ou commerciaux. Ils utilisent différents types de carburants, généralement de l’uranium, mais aussi du thorium et du plutonium.

De même, il existe toute une quantité de réactions de fusion que nous pourrions utiliser pour générer de l’électricité. L’approche la plus conventionnelle utilise deux types d’hydrogène, le deutérium et le tritium (qui contiennent, respectivement, un et deux neutrons).

Cette réaction reste cependant difficile à utiliser car le rayonnement neutronique est dangereux. En effet, il peut rendre radioactive le blindage abritant le réacteur.

Un autre type de réaction populaire – celle deutérium/deutérium – souffre du même problème. Il faut alors construire un grand coeur de réacteur, un peu comme ceux que l’on peut trouver dans une centrale nucléaire conventionnelle. Cela signifie aussi qu’il faut traiter une quantité significative de déchets nucléaires… Dans ces conditions, les avantages de fusion par rapport à la fission ne sont plus vraiment évidents : ce n’est pas vraiment l’avancée que nous attendions.

En plus du problème de radioactivité, la seule manière réellement possible de récupérer l’énergie de ces réactions nucléaires est de capter la chaleur qu’elles dégagent. Pour ce faire, il faut construire une centrale immense dotée d’un circuit vapeur. Le tout coûte cher, est compliqué… et crée des problèmes de fiabilité.

Au final, la conception des parties extérieures de ce type de centrales à fusion devient un casse-tête sans fin – même si le concept est relativement familier du point de vue de l’ingénierie. Une bonne partie des avantages de la fusion nous donnent, dès lors, plutôt l’impression d’échanger une série de problèmes pour une autre.

Voilà où l’hélium-3 entre en jeu.

Il est crucial de se souvenir qu’il se comporte totalement différemment dans les réactions nucléaires, et rend possible de nouveaux types de fusion. Nous pouvons remplacer les réactions qui génèrent des neutrons par d’autres, qui n’en génèrent pas. Ainsi, le coût et la complexité d’une centrale à fusion sont radicalement réduits.

La fusion hélium-3 n’a donc pas besoin d’un blindage lourd, ni d’un circuit de vapeur. En principe, cela signifie que nous pourrions opter pour de tout petits réacteurs. Helion Energy affirme que de petites installations dans des camions pourraient être envisageables. Cette belle idée rappelle un peu l’appareil « Mr Fusion » que l’on voit dans Retour vers le Futur.

La (cruciale) question de l’approvisionnement

Mais alors, où obtenir de l’hélium-3 ? Si vous êtes un familier de la Quotidienne, vous savez que l’hélium-3 se trouve en grandes quantités sur la Lune.

L’actuel production terrestre d’hélium-3 est minuscule puisqu’elle ne repose que sur la vente de gaz produit par la maintenance des armes nucléaires. Il n’y a pas de source commercialement viable d’hélium-3 sur Terre. Et ce problème d’approvisionnement est loin d’être résolu.

Nous ne disposons donc que de quelques kilos de ce gaz pour l’instant – trop peu, et de loin, pour une production énergétique à grande échelle. Mais si nous arrivons à percer les mystères de la fusion, l’hélium-3 pourrait devenir une matière première importante, voire stratégique.

Exploiter les ressources de la Lune pourrait, à terme, représenter une solution pratique. La Chine prévoit déjà d’y installer des opérations minières, et une entreprise russe (Energia) a annoncé il y a 10 ans espérer prendre le train en marche.

Le processus de récupération de l’hélium-3 lunaire est en fait assez simple. Pour l’essentiel, vous vous contentez de ramasser de la poussière lunaire et de la faire chauffer pour récupérer les gaz ainsi dégagés. Le seul problème est qu’il faudra le faire sur la Lune.

L’hélium-3 coûte vraiment très cher – environ trois milliards de dollars par tonne. Si vous souhaitez investir dans ce marché et viser, littéralement, la Lune, des entreprises comme Planetary Ressources, Schackleton Energy et SpaceX pourraient être bien placées pour profiter des opportunités minières, et ce même si, pour le moment, aucune n’a officiellement lancé de tels plans d’exploitation.

L’avenir du marché de l’hélium-3 dépendra de l’existence de demande. Serait-il vraiment nécessaire de dépendre de l’hélium-3 pour de petits réacteurs à fusion propres ? Rien n’est sûr pour l’instant.

Quelques entreprises cherchent à mettre au point la fusion sur la base de ce genre de mini-réacteurs, mais cela ne veut pas forcément dire qu’elles devront acheter beaucoup d’hélium-3. Ni même qu’elles auront besoin d’en acheter.

Les entreprises impliquées dans ces recherches sont assez secrètes, et il est difficile d’obtenir de informations vérifiées et vérifiables.

Tri Alpha Energy semble aujourd’hui utiliser une réaction nucléaire entièrement différente, sans hélium-3 mais personne n’est capable de dire si c’est celle qui sera commercialisée à terme.

L’entreprise dont je vous parlais plus haut, Helion Energy, utilise un processus qui réutilise et recycle l’hélium-3 nécessaire. Mais l’entreprise devrait augmenter la quantité d’hélium-3 dont elle dispose si elle devait fabriquer et lancer un grand nombre de réacteurs.

Qu’est-ce que cela signifie pour vous ?

Pour conclure, la fusion pourrait transformer le système énergétique mondial mais il est imprévisible et il est compliqué d’y investir.

La première solution si vous souhaitez prendre cette tendance en amont est d’investir dans les entreprises qui développent des réacteurs à fusion. Elles sont la clé qui débloquera le processus dans son ensemble. Elles sont actives dans un domaine technologique très complexe – y investir est un acte de foi. Mais si vous faites le bon pari, les retours sur investissement pourraient être absolument énormes.

La seconde manière de se positionner sur ce marché – et c’est celle que je préfère – est d’investir sur les entreprises privées du domaine spatial. C’est une approche indirecte, certes, mais elle a l’énorme avantage de ne pas uniquement dépendre du succès (ou de l’échec) de la fusion reposant sur l’hélium-3 !

Andrew Lockley

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