Question d'origine :
Comment pourrait fonctionner une base lunaire d'extraction d'hélium 3 et de métaux rares ? Quel serait son coût ?
Réponse du Guichet
gds_db
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 06/07/2020 à 14h35
Bonjour,
L'hélium-3 est un isotope non radioactif de l'hélium dont la fusion nucléaire pourrait générer d'énormes quantités d'énergie sans déchets radioactifs. Il serait présent en grande quantité sur la lune mais les avis sur la faisabilité de son exploitation divergent. L'hypothèse de construction d'une base lunaire pour alimenter en énergie des vaisseaux spatiaux, en vue de futures missions interplanétaires pourrait être envisagée.
Une étude américaine réalisée par des étudiants de l'Université de technologie de Delft a eu pour sujet d'étudier laviabilité d'un projet d'extraction d'hélium-3 sur la lune.
Ses résultats ont été publiés et indiquent ceci :
" Avec l'épuisement des combustibles fossiles et l'augmentation de la demande mondiale d'énergie, le besoin de sources d'énergie alternatives est évident. La fusion nucléaire utilisant l'hélium-3 peut être une solution. L'hélium-3 est un isotope rare sur Terre, mais il est abondant sur la Lune. Partout dans l'espace, l'hélium-3 lunaire est souvent cité comme une raison majeure de revenir sur la Lune. Malgré le potentiel de l'exploitation lunaire de l'hélium-3, 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. Le but de l'étude était d'évaluer si une mission continue de bout en bout pour extraire l'hélium-3 sur la Lune et le retourner 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 avec de multiples compromis entre des concepts à la fois conservateurs et nouveaux.
Une architecture de mission avec 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 répondre à 10% de la demande énergétique mondiale en 2040, 200 tonnes d'hélium-3 seraient nécessaires par an. Le taux d'extraction du régolithe résultant serait de 630 tonnes par seconde, basé sur 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 vous utilisez un mineur Mark III de l'Université du Wisconsin. La puissance de chauffage requise,si l'exploitation minière de jour comme de nuit, ajouterait jusqu'à 39 GW. La masse résultante du système électrique pour les opérations lunaires serait de l'ordre de 60 000 à 200 000 tonnes. Une flotte de trois véhicules de montée / descente lunaire et de 22 véhicules à poussée continue pour le transfert en orbite serait nécessaire.
Les coûts des éléments de la mission ont été répartis sur la durée de vie prévue. Les bénéfices résultant de la fusion de l'hélium-3 ont été calculés en utilisant un prix minimum prévu de l'énergie en 2040 de 30,4 euros / MWh. Les coûts annuels se situent entre 427,7 et 1 347,9 milliards d'euros, avec un bénéfice annuel attendu de -724,0 à 260,0 milliards d'euros .
En raison de l'ampleur 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.
Techniquement , la mission est extrêmement difficile et complexe. Cependant, 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 ne fournissent guère de cadre pour une opération minière lunaire.
Financièrement , la mission ne produit un bénéfice net que dans le meilleur des cas, et uniquement pour des opérations de moyenne à grande envergure qui nécessitent un investissement initial très important.
Pour rendre possible l'utilisation de l'hélium-3 lunaire, des recherches supplémentaires devraient se concentrer sur l'exploitation minière et les coûts des usines 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 - non seulement techniques - concernant l'exploitation de l'hélium-3 doivent encore être résolus.
Bien qu'elle ne soit qu'un point de départ pour de nouvelles investigations, cette étude montre que, malgré les affirmations populaires, l'hélium-3 lunaire ne convient pas pour fournir un pourcentage significatif de la demande mondiale d'énergie en 2040. "
source : Feasibility of lunar Helium-3 mining
Néanmoins, il est envisagé de créer une base lunaire dont l'exploitation d'hélium-3 pourrait servir à aller plus loin dans l'espace.
Voici quelques extraits d'un article de Carole Lembezat paru dans le Courrier International du 19 juillet 2019, intitulé "La ruée vers l'or extraterrestre" :
"les ressources ne sont pas uniformément réparties". Ce qui rend leur extraction - nécessitant de l'énergie - particulièrement complexe. Et comme sur la Terre, ces ressources sont limitées. "On pense qu'il existe de l'eau sur la Lune sous forme de glace mêlée au régolithe [le sol lunaire] dans des cratères ne voyant jamais la lumière et situés au niveau des régions polaires. Ce serait donc une ressource finie et non renouvelable", insiste le chercheur.
De son côté, The Daily Beast rappelle que"personne ne sait exactement combien de cobalt, d'or, d'hélium, de fer, de palladium, de platine et de tungstène se cachent sous la surface poussiéreuse de la Lune. Et on sait encore moins par quels moyens extraire ces ressources et les traiter sur la Lune ou les acheminer jusqu'à une usine sur Terre". En réalité, l'objectif principal de ces projets d'extraction minière dans l'espace n'est pas de ramener des ressources sur Terre. La Lune servirait de base pour aller plus loin, avec pour but, à terme, d'élargir le potentiel de l'exploration spatiale.
Pour le journal spécialisé Mine Magazine, "l'existence d'une base d'extraction minière autonome dans l'espace - utilisant des ressources d'autres mines spatiales - pourrait considérablement réduire les coûts de construction de futurs projets miniers et nous rapprocher de la prédiction de la United Launch Alliance [une entreprise américaine], qui estime quel'industrie commerciale du voyage spatial pourrait représenter 2,7 milliards de dollars d'ici à 2048 ".
Mais au-delà des questions techniques et de rentabilité que soulève l'exploitation minière de la Lune, il en est une qui mérite d'être posée : à qui appartiennent ces ressources ? "Si dans les années à venir, l'exploitation minière à des fins commerciales de la Lune ou même des astéroïdes se révèle possible, il faudra mettre en place un cadre juridique très précis", estime dans The Telegraph, Bernhard Hufenbach, chef d'équipe stratégie et innovation à l'Agence spatiale européenne. "
source : Mining the Moon / Paul K. Byrne - theconversation - 5 mars 2019
Bonne journée.
L'hélium-3 est un isotope non radioactif de l'hélium dont la fusion nucléaire pourrait générer d'énormes quantités d'énergie sans déchets radioactifs. Il serait présent en grande quantité sur la lune mais les avis sur la faisabilité de son exploitation divergent. L'hypothèse de construction d'une base lunaire pour alimenter en énergie des vaisseaux spatiaux, en vue de futures missions interplanétaires pourrait être envisagée.
Une étude américaine réalisée par des étudiants de l'Université de technologie de Delft a eu pour sujet d'étudier la
Ses résultats ont été publiés et indiquent ceci :
" Avec l'épuisement des combustibles fossiles et l'augmentation de la demande mondiale d'énergie, le besoin de sources d'énergie alternatives est évident. La fusion nucléaire utilisant l'hélium-3 peut être une solution. L'hélium-3 est un isotope rare sur Terre, mais il est abondant sur la Lune. Partout dans l'espace, l'hélium-3 lunaire est souvent cité comme une raison majeure de revenir sur la Lune. Malgré le potentiel de l'exploitation lunaire de l'hélium-3, 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. Le but de l'étude était d'évaluer si une mission continue de bout en bout pour extraire l'hélium-3 sur la Lune et le retourner 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 avec de multiples compromis entre des concepts à la fois conservateurs et nouveaux.
Une architecture de mission avec plusieurs éléments découplés pour chaque segment de transport (LEO, transfert, surface lunaire) s'est avérée être la meilleure option. Il a été constaté que
Pour répondre à 10% de la demande énergétique mondiale en 2040, 200 tonnes d'hélium-3 seraient nécessaires par an. Le taux d'extraction du régolithe résultant serait de 630 tonnes par seconde, basé sur 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 vous utilisez un mineur Mark III de l'Université du Wisconsin. La puissance de chauffage requise,si l'exploitation minière de jour comme de nuit, ajouterait jusqu'à 39 GW. La masse résultante du système électrique pour les opérations lunaires serait de l'ordre de 60 000 à 200 000 tonnes. Une flotte de trois véhicules de montée / descente lunaire et de 22 véhicules à poussée continue pour le transfert en orbite serait nécessaire.
Les coûts des éléments de la mission ont été répartis sur la durée de vie prévue. Les bénéfices résultant de la fusion de l'hélium-3 ont été calculés en utilisant un prix minimum prévu de l'énergie en 2040 de 30,4 euros / MWh. Les coûts annuels se situent entre 427,7 et 1 347,9 milliards d'euros, avec un bénéfice annuel attendu de -724,0 à 260,0 milliards d'euros
En raison de l'ampleur 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.
Pour rendre possible l'utilisation de l'hélium-3 lunaire, des recherches supplémentaires devraient se concentrer sur l'exploitation minière et les coûts des usines 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 - non seulement techniques - concernant l'exploitation de l'hélium-3 doivent encore être résolus.
Bien qu'elle ne soit qu'un point de départ pour de nouvelles investigations, cette étude montre que, malgré les affirmations populaires, l'hélium-3 lunaire ne convient pas pour fournir un pourcentage significatif de la demande mondiale d'énergie en 2040. "
source : Feasibility of lunar Helium-3 mining
Voici quelques extraits d'un article de Carole Lembezat paru dans le Courrier International du 19 juillet 2019, intitulé "La ruée vers l'or extraterrestre" :
"les ressources ne sont pas uniformément réparties". Ce qui rend leur extraction - nécessitant de l'énergie - particulièrement complexe. Et comme sur la Terre, ces ressources sont limitées. "On pense qu'il existe de l'eau sur la Lune sous forme de glace mêlée au régolithe [le sol lunaire] dans des cratères ne voyant jamais la lumière et situés au niveau des régions polaires. Ce serait donc une ressource finie et non renouvelable", insiste le chercheur.
De son côté, The Daily Beast rappelle que
Pour le journal spécialisé Mine Magazine, "l'existence d'une base d'extraction minière autonome dans l'espace - utilisant des ressources d'autres mines spatiales - pourrait considérablement réduire les coûts de construction de futurs projets miniers et nous rapprocher de la prédiction de la United Launch Alliance [une entreprise américaine], qui estime que
Mais au-delà des questions techniques et de rentabilité que soulève l'exploitation minière de la Lune, il en est une qui mérite d'être posée : à qui appartiennent ces ressources ? "Si dans les années à venir, l'exploitation minière à des fins commerciales de la Lune ou même des astéroïdes se révèle possible, il faudra mettre en place un cadre juridique très précis", estime dans The Telegraph, Bernhard Hufenbach, chef d'équipe stratégie et innovation à l'Agence spatiale européenne. "
source : Mining the Moon / Paul K. Byrne - theconversation - 5 mars 2019
Bonne journée.
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