Abstract
Avec l’épuisement des combustibles fossiles et l’augmentation de la demande énergétique mondiale, le besoin de sources d’énergie alternatives est évident. La fusion nucléaire utilisant l’hélium 3 pourrait être une solution. L’hélium 3 est un isotope rare sur Terre, mais il est abondant sur la Lune. Dans la communauté spatiale, l’hélium 3 lunaire est souvent cité comme une raison majeure pour retourner sur la Lune. Malgré le potentiel de l’exploitation de l’hélium 3 lunaire, peu de recherches ont été menées sur une mission complète de bout en bout. Ce résumé présente les résultats d’une étude de faisabilité menée par des étudiants de l’Université de technologie de Delft. L’objectif de l’étude était d’évaluer si une mission continue de bout en bout pour extraire de l’hélium 3 sur la Lune et le ramener sur Terre est une option viable pour le futur marché de l’énergie. Les exigences fixées pour la mission représentative de bout en bout étaient de fournir 10% de la demande énergétique mondiale en 2040. Les éléments de la mission ont été sélectionnés en faisant de multiples compromis entre des concepts conservateurs et nouveaux. Une architecture de mission comportant plusieurs éléments découplés pour chaque segment de transport (LEO, transfert, surface lunaire) s’est avérée être la meilleure option. Il a été constaté que l’élément le plus critique est l’exploitation minière lunaire elle-même. Pour fournir 10 % de la demande énergétique mondiale en 2040, 200 tonnes d’hélium 3 seraient nécessaires par an. Le taux d’extraction du régolithe serait de 630 tonnes par seconde, sur la base d’une concentration optimiste de 20 ppb d’hélium 3 dans le régolithe lunaire. Entre 1 700 et 2 000 véhicules d’extraction d’hélium 3 seraient nécessaires si l’on utilisait le mineur Mark III de l’Université du Wisconsin. La puissance de chauffage nécessaire, en cas d’exploitation minière de jour comme de nuit, s’élèverait à 39 GW. La masse du système électrique pour les opérations lunaires serait de l’ordre de 60 000 à 200 000 tonnes. Une flotte de trois véhicules d’ascension/descente lunaire et de 22 véhicules à poussée continue pour le transfert d’orbite serait nécessaire. Les coûts des éléments de la mission ont été répartis sur les durées de vie prévues. Les bénéfices résultant de la fusion de l’hélium 3 ont été calculés en utilisant un prix minimum de l’énergie prévu en 2040 de 30,4 euros/MWh. Les coûts annuels se situent entre 427,7 et 1 347,9 milliards d’euros, et les bénéfices annuels attendus entre -724,0 et 260,0 milliards d’euros. En raison de la grande échelle de la mission, elle a également été évaluée pour fournir 0,1 % et 1 % de la demande énergétique mondiale en 2040. Pour 1%, les coûts annuels sont de 45,6 à 140,3 milliards d’euros et les bénéfices annuels attendus sont de -78,0 à 23,1 milliards d’euros. Pour 0,1%, les coûts annuels sont de 7,7 à 20,5 milliards d’euros. Les bénéfices annuels attendus sont de -14,3 à -0,8 milliards d’euros. La faisabilité a été abordée sous trois aspects. Sur le plan technique, la mission est extrêmement difficile et complexe. Toutefois, la plupart des technologies requises existent ou pourraient être développées dans un délai raisonnable. D’un point de vue politique et juridique, les traités internationaux actuels n’offrent pratiquement aucun cadre pour une exploitation minière lunaire. Sur le plan financier, la mission ne produit un bénéfice net que dans le meilleur des cas, et uniquement pour les opérations de moyenne ou grande envergure, qui nécessitent un investissement initial très important. Pour rendre possible l’utilisation d’hélium 3 sur la Lune, les recherches doivent se concentrer sur l’exploitation minière et les coûts des centrales de fusion, car leur impact dépasse de loin tous les autres éléments de la mission. Différents concepts de transport peuvent néanmoins être étudiés. De nombreux défis – pas seulement techniques – concernant l’extraction de l’hélium 3 doivent encore être relevés. Bien qu’il ne s’agisse que d’un point de départ pour d’autres investigations, cette étude montre que, malgré les affirmations populaires, l’hélium 3 lunaire n’est pas adapté pour fournir un pourcentage significatif de la demande énergétique mondiale en 2040.