La plateforme Résonance Magnétique Nucléaire recycle son hélium

L’hélium, une ressource cruciale pour la recherche et l’industrie

L’hélium est obtenu suite à l’exploitation de poches de gaz souterraines qui est un sous-produit de l’extraction pétrolière. L’hélium est un gaz d’importance stratégique dans l’industrie et la recherche.  
Son importance vient de sa capacité à atteindre la température de -272°C à l’état liquide, une caractéristique cruciale pour la Spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).

La RMN nécessite de placer les échantillons liquides à analyser dans un champ magnétique extrêmement puissant, environ 360 000 fois le champ magnétique terrestre. Une telle valeur de champ magnétique peut être obtenue grâce à un aimant électrique en matériau supra-conducteur. Avec la supra-conductivité, la résistance électrique disparaît et permet de faire circuler un courant très intense dans la bobine de l’aimant. Le champ magnétique étant proportionnel à l’intensité du courant électrique, ce dernier peut atteindre des valeurs très élevées. Cet effet supra-conducteur est obtenu en plaçant un aimant à une température proche du zéro absolu, soit -273°C.

C’est pour déclencher cet effet supra-conducteur que la bobine de l’aimant est plongée dans un bain d’hélium liquide, proche du zéro absolu, dans un spectromètre RMN.

Une installation pour diminuer le besoin en renouvellement d’hélium liquide

L’hélium liquide s’évapore naturellement dans l’atmosphère à raison de 850 000 litres de gaz par an. Un appoint régulier en hélium liquide doit être effectué tous les 3 à 6 mois. La plateforme de RMN de l’IGBMC se fournit en hélium liquide auprès du Service de Cryogénie de l’Unistra. Ce dernier a la compétence pour la liquéfaction de l’hélium et a été doté en 2017 d’un nouveau liquéfacteur d’hélium. 

Avec l’installation du spectromètre à 700 MHz en 2010, rejoignant les 2 autres spectromètres à 500 et 600 MHz, il est devenu nécessaire d’optimiser la consommation de l’hélium liquide pour la plateforme RMN de l’IGBMC.

En 2010, le prof. Bruno Kieffer, directeur de l’équipe RMN Biomoléculaire de l’IGBMC, obtient un financement du programme européen French Infrastructure for Integrated Structural Biology (FRISBI) pour l’installation d’une station de récupération et de compression d’hélium. Cette unité a été installée en 2018 grâce à la société Girodin-Sauer ainsi qu’à l’expertise des personnels du Service de Cryogénie, des services techniques de l’IGBMC et du personnel du laboratoire de RMN Biomoléculaire, qui ont réalisé l’installation.

L’hélium liquide, une ressource sur laquelle il y a des tensions

Depuis plusieurs années, le cours du gaz hélium est à la hausse, de 6,20 € le m3 en 2015, le tarif actuel est de 27 € le m3… Ainsi, en 3 ans d’utilisation, l’installation de récupération a permis une économie sur l’achat de gaz hélium de près de 40 k€. Rien que pour l’année 2021, l’économie réalisée s’élève à 16 k€.

A l’heure où l’approvisionnement mondial en hélium devient difficile en raison de problèmes techniques sur le principal site de production au Texas et l’incertitude sur la possibilité de s’approvisionner sur le marché russe, deuxième fournisseur le plus important d’hélium, il apparaît que le projet de récupération d’hélium fut un investissement visionnaire. Il permet la pérennisation de la plateforme de RMN de l’IGBMC quand beaucoup de laboratoires du pays ont des difficultés pour subvenir aux coûts de fonctionnement des spectromètres RMN et aux difficultés d’approvisionnement sur le marché de l’hélium. C’est également un investissement de développement durable puisqu’il permet la préservation de la ressource hélium qui est en train de s’épuiser.