L'imagerie médicale que permet une IRM peut sauver des vies mais aussi faire progresser les neurosciences. La multiplication de ces machines est une nécessité pour une médecine plus performante et accessible à tous. © fotoinfot, Shutterstock

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Un nouveau gisement d'hélium sauvera des vies grâce à l'IRM

ActualitéClassé sous :Volcanologie , hélium , tanzanie

L'hélium est utilisé pour refroidir les aimants supraconducteurs des IRM et dans les lasers des lecteurs de codes-barres. Mais les stocks constitués à partir des réserves géologiques s'épuisent alors que la demande s'annonce grandissante. Des universitaires et une compagnie privée viennent heureusement de découvrir un nouveau gisement géant en Tanzanie. Il est d'origine volcanique.

À l'échelle de l'univers observable l'hélium, ou plus précisément son isotope hélium 4, est bien plus abondant que l'eau, le carbone ou le silicium des roches. Mais sur Terre, il est si rare qu'il a fallu attendre 1868 pour que chimistes et physiciens réalisent qu'un nouvel élément avait jusque-là échappé à leur sagacité. L'hélium a d'ailleurs été découvert, non pas sur Terre mais dans l'atmosphère du Soleil quand Jules Janssen, un astronome français pionnier de la spectroscopie, observe une mystérieuse raie jaune brillante dans le spectre de la chromosphère du Soleil lors d'une éclipse totale, à Guntur, en Inde. La présence de cette nouvelle raie est rapidement confirmée par un autre astronome, anglais cette fois-ci, du nom de Norman Lockyer. Le chercheur écarte l'hypothèse qu'il puisse s'agir d'une raie du sodium et en conclut qu'elle révèle la présence d'un nouvel élément, qu'il nomme hélium, d'après le terme grec Ἥλιος/Hếliosdésignant le Soleil, hélium.

Ce n'est qu'en 1895 que le chimiste britannique William Ramsay découvrira ce discret élément sur Terre en l'extrayant de la clévéite, un minerai à base d'uranium. Trop léger, tout comme l'hydrogène, l'hélium qui a pu être capturé dans l'atmosphère de la Terre lors de sa formation n'a pas pu être retenu par son champ de gravitation. Il s'est donc largement évaporé dans le milieu interplanétaire, ce qui explique que personne n'ait pu faire sa découverte plus tôt. La faible concentration détectée avec les moyens modernes, environ 5,2 × 10-6 en volume, est due au fait que des noyaux d’hélium sont produits par la désintégration d'éléments radioactifs dans les roches terrestres comme l'uranium et le thorium.

Pourtant, il est facile d'acheter des ballons pour enfants gonflés à l'hélium et les plongeurs peuvent également mettre à profit ce gaz rare pour atteindre de grandes profondeurs en limitant les effets de « narcose à l'azote » grâce à des mélanges gazeux qui en contiennent comme le trimix ou l'héliox. On en trouve même dans les lasers des lecteurs de codes à barres (mélange hélium-néon). Comment cela est-il possible ?

L’Oldoinyo Lengaï, en Tanzanie, est un volcan unique au monde car il est le seul en activité connu pour cracher des carbonates liquides. Ces laves constituent des carbonatites très fluides d'une température dépassant les 600 °C environ, d’aspect noirâtre à leur sortie. On peut s’en approcher sans s’équiper d’une combinaison protectrice contre le rayonnement thermique et, une fois refroidies au contact de l’humidité de l’air, elles prennent en quelques heures une couleur blanchâtre. © Photovolcanica

De l'hélium dans les gisements de gaz naturel

Tout simplement grâce à une découverte fortuite. En effet, en 1903, alors qu'un forage pétrolier vient de réussir dans le Kansas, un géologue découvre avec stupéfaction que le gaz également libéré est incombustible. Intrigué, il en fait l'analyse avec des collègues et découvre qu'il contient 2 % d'hélium, le reste étant majoritairement de l'azote avec un peu de méthane. Il existe donc des gisements naturels d'hélium. De nos jours, les plus importants sont exploités par les États-Unis, l'Algérie, le Qatar mais aussi la Russie et la Pologne, à partir des gisements de gaz naturel où l'hélium s'est trouvé emprisonné et concentré.

Les réserves prouvées jusqu'ici seraient de près de 50 milliards de m3, représentant au moins 250 années de consommation actuelle. Mais les besoins devraient grandir dans le futur et il y a aussi le coût économique de l'exploitation des gisements car le contenu en hélium peut varier d'entre quelques parties par million à une concentration de 7 %. Depuis quelques années, c'est donc une pénurie d'hélium qui s'annonce, notamment parce que des stocks produits il y a des décennies aux États-Unis sont utilisés.

L'hélium, un enjeu technologique pour le XXIe siècle

L'hélium est toujours indispensable pour refroidir les aimants supraconducteurs équipant les IRM (ainsi que le LHC ou Iter). C'est donc une ressource importante, malheureusement non renouvelable, pour assurer une meilleure santé et faire progresser la médecine. Il existe ainsi 46 IRM pour chaque million de Japonais mais seulement 3 pour chaque million de Chinois. Des dirigeables à l'hélium pourraient aussi faire leur grand retour car, bien que moins rapides que des avions, ils consomment beaucoup moins de carburant, à tel point qu'on peut envisager de faire fonctionner leurs moteurs avec l'énergie solaire. D'ici la fin du XXIe siècle, il se pourrait donc qu'une partie du trafic aérien soit assuré par de tels dirigeables. Il existe déjà bien d'autres usages de l'hélium, en électronique et en cryogénie pour le spatial.

On comprend donc que les géologues soient intéressés par la découverte de nouveaux gisements d'hélium, en particulier exploitables à faible coût. Pour cela, des chercheurs des universités d'Oxford et Durham ont joint leur force avec une compagnie norvégienne baptisée Helium One. Ils ont démontré que l'activité volcanique avait libéré l'hélium contenu dans les roches d'une région de la Tanzanie de sorte que des poches de gaz contenant cet élément s'y étaient formées. Elles contiendraient parfois environ 10 % d'hélium (voir la vidéo de la société Helium One). Ils sont arrivés à cette conclusion en étudiant les gaz volcaniques émis dans cette partie de la vallée du rift ainsi que des structures dans le sol révélées par la sismologie.

Il y aurait ainsi environ 1,5 milliard de mètres cubes d'hélium dans le gisement repéré, ce qui permettrait d'alimenter environ un million d'IRM. Par comparaison, les États-Unis disposeraient dans leur sol d'une réserve de plus de 4 milliards de mètres cubes. La consommation mondiale annuelle d'hélium s'élève quant à elle à 226 millions de mètres cubes.

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