L’hélium est difficile à remplacer

• L’hélium ne peut être obtenu que comme sous-produit de l’extraction du gaz naturel, ce qui le rend très vulnérable aux conflits géopolitiques et aux perturbations de la chaîne d’approvisionnement
• Il est utilisé comme ressource indispensable dans les IRM, semi-conducteurs, fibres optiques, aérospatiale et recherche scientifique grâce à ses propriétés de refroidissement cryogénique et d’inertie chimique
• Dans des domaines comme la lithographie EUV et le refroidissement des aimants supraconducteurs, aucun gaz de substitution n’existe en raison de ses propriétés physiques
• Certains secteurs réduisent leur consommation grâce à des systèmes de recyclage, mais un remplacement complet est impossible
• L’approvisionnement en hélium est directement lié à la production de gaz naturel, si bien que les réglementations environnementales et les retards dans le développement des infrastructures alimentent une instabilité durable de l’offre

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Chaîne d’approvisionnement de l’hélium et impossibilité de substitution

• La guerre avec l’Iran et le blocage du détroit d’Ormuz affectent gravement non seulement le pétrole, mais aussi la chaîne d’approvisionnement en hélium
  • L’hélium est produit comme sous-produit de l’extraction du gaz naturel, et le Qatar représente environ un tiers de l’offre mondiale
  • Le blocage du détroit fait bondir les prix de l’hélium, et les fournisseurs déclarent des cas de force majeure
  • Les réserves stratégiques d’hélium maintenues par le gouvernement américain ont été entièrement vendues en 2024

Propriétés de l’hélium et structure de production

• L’hélium est l’élément le plus léger après l’hydrogène et le deuxième élément le plus abondant de l’univers
  • Dans l’atmosphère terrestre, il est si léger qu’il s’échappe dans l’espace, de sorte qu’il ne peut être extrait commercialement que de gisements souterrains de gaz naturel
  • Il est produit par la désintégration radioactive de l’uranium et du thorium et s’accumule dans les couches de gaz pendant des millions d’années
• Les États-Unis et le Qatar assurent environ les deux tiers de la production mondiale, le reste provenant de la Russie, de l’Algérie, du Canada, de la Chine, de la Pologne, etc.
  • L’hélium est l’élément au point d’ébullition le plus bas, à 4,2 K (-452 °F)
  • Il peut rester liquide même au voisinage du zéro absolu, ce qui le rend indispensable au refroidissement cryogénique
  • Ses propriétés d’inertie, de forte conductivité thermique et de faible masse expliquent son usage dans de nombreuses industries

Principaux usages industriels de l’hélium

• La consommation mondiale annuelle est d’environ 180 millions de m³ ; c’est peu comparé à l’azote ou au gaz naturel, mais il s’agit d’une ressource clé irremplaçable

• Équipements d’IRM

  • Représentent environ 17 % de la consommation d’hélium aux États-Unis
  • Utilisé pour le refroidissement des aimants supraconducteurs ; les aimants en NbTi ne restent supraconducteurs qu’à 9,2 degrés au-dessus du zéro absolu
  • Autrefois, les pertes atteignaient 0,4 litre par heure, mais les conceptions « zero boil-off » rendent aujourd’hui les recharges presque inutiles
  • Il existe quelques IRM à supraconducteurs haute température, mais la plupart des 50 000 IRM dépendent toujours de l’hélium

• Industrie des semi-conducteurs

  • Représente environ 25 % de la consommation mondiale d’hélium, et environ 10 % aux États-Unis
  • Utilisé pour la croissance du silicium par procédé Czochralski, la lithographie EUV, le nettoyage des chambres à vide et la détection de fuites
  • Dans les équipements EUV, l’hélium est irremplaçable car il absorbe très peu le rayonnement EUV
  • Selon des rapports industriels, l’utilisation d’hélium devrait être multipliée par cinq d’ici 2035

• Fabrication de fibres optiques

  • Représente 5 à 6 % de la consommation mondiale d’hélium
  • Utilisé comme gaz de refroidissement empêchant la formation de bulles lors de l’assemblage du cœur et de la gaine en verre
  • Aucun autre gaz ne peut le remplacer

• Gaz de purge

  • Utilisé dans l’industrie aérospatiale pour le nettoyage des réservoirs d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide
  • La NASA est le plus grand utilisateur d’hélium aux États-Unis, avec environ 7 % de la consommation totale
  • Son faible point d’ébullition et son inertie rendent son remplacement difficile par d’autres gaz

• Gaz de sustentation

  • Utilisé dans les dirigeables et les ballons, représentant environ 18 % de la consommation aux États-Unis

    • Plus sûr que l’hydrogène, mais les pénuries d’approvisionnement entraînent une forte volatilité des prix

• Recherche scientifique et instrumentation

  • Représente environ 22 % de la consommation aux États-Unis
  • Indispensable pour les aimants supraconducteurs, SQUID, spectromètres de masse et autres équipements cryogéniques ou de très haute précision
  • Également utilisé en grandes quantités dans de grands centres de recherche comme le LHC du CERN

• Soudage

  • Représente environ 8 % de la consommation aux États-Unis
  • Grâce à son inertie et à sa forte conductivité thermique, il convient comme gaz de protection pour les métaux en fusion
  • À l’étranger, il est souvent remplacé par l’argon

• Plongée

  • Représente environ 5 % de la consommation aux États-Unis
  • Entre dans la composition des mélanges respiratoires pour la plongée profonde (Trimix) afin d’éviter la narcose à l’azote
  • En dehors de l’hélium, seul le néon peut partiellement le remplacer, mais sa forte résistance respiratoire le rend peu pratique

Efforts d’économie et de recyclage de l’hélium

• Dans certains domaines, la consommation baisse grâce à des gaz de substitution ou à des systèmes de recyclage
  • La réduction des pertes dans les IRM et l’adoption par la NASA de systèmes de recyclage ont fait chuter l’usage dans l’aérospatial de 18,2 millions de m³ (26 %) en 2010 à 4 millions de m³ (7 %)
  • Cependant, la majeure partie de l’hélium reste encore non récupérée aux États-Unis, alors que le recyclage pourrait permettre plus de 90 % d’économies
• Un remplacement complet est impossible : c’est une ressource dont on peut réduire l’usage, mais difficilement l’éliminer

Contraintes d’approvisionnement et implications politiques

• L’approvisionnement en hélium est directement corrélé à la production de gaz naturel
  • Pour sécuriser davantage d’hélium, le moyen le plus direct est d’accroître l’extraction de gaz naturel
  • Il existe aux États-Unis des gisements gaziers non exploités en Alaska, dans le golfe du Mexique et dans le schiste de Marcellus
  • Cependant, en raison des réglementations environnementales et des retards d’autorisation, l’approbation de nouveaux projets prend souvent plus de 10 ans
• Les contraintes pesant sur l’approvisionnement en hélium et en gaz naturel entraînent des risques de volatilité des prix et de sécurité
  • Par conséquent, l’intervention publique et le développement des infrastructures sont des enjeux centraux pour stabiliser l’offre