L’exploitation de nos ressources en lithium, une opportunité industrielle majeure pour la France

Christophe Rigollet et​​​​​ Bernard Tardieu

Christophe Rigollet, Directeur du Groupement d'Intérêt Scientifique Géodénergies et Directeur Géosciences de CVA
Bernard Tardieu, Président du Conseil Scientifique de Géodénergies et Vice-président du pôle Énergie de l’Académie des technologies

Le lithium est un composant essentiel des batteries, dans la plupart des technologies adoptées : les batteries lithium-ion sont aujourd’hui les plus utilisées et les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) ou lithium nickel-manganèse cobalt (NMC) contiennent aussi du lithium.

Le lithium est ainsi en train de devenir un des principaux métaux stratégiques : la consommation mondiale de lithium, tirée par la montée en puissance des batteries utilisées pour les véhicules électriques, est en croissance très rapide. Pour rappel, le lithium est un métal blanc très léger (densité proche de 0,5). Il a de multiples usages, la plupart de ceux-ci devenant très minoritaires en comparaison avec la demande des batteries. Les batteries des téléphones et des ordinateurs ne représentent, malgré leur nombre, qu’un faible pourcentage de la demande globale en lithium et les batteries stationnaires n’ont pas d’impact sur la demande.

La consommation mondiale de lithium était encore réservée à des marchés de spécialité à la fin des années 2000. Elle est désormais significative : de l’ordre de 75 000 tonnes en 2019. En 2025, c’est-à-dire demain, elle pourrait atteindre 170 à 215 000 tonnes par an selon différents analystes réputés(1). Le marché de spécialités va se transformer en marché de commodités, d’autant plus que le lithium est facile à transporter, sous forme de sels ou de métal plus ou moins purifié.

Les sources de lithium sont abondantes et variées dans le sous-sol de notre planète. Les pegmatites à spodumène sont exploitées en mines classiques à ciel ouvert, par exemple en Australie. On exploite aussi les aquifères salins, en particulier dans les Andes dans les zones des grands salars (le plus grand salar, celui d’Uyuni en Bolivie, n’est pas exploité). Mais le sous-sol de la France dispose également de ressources en lithium abondantes et déjà connues…

L’exploitation du sous-sol dans l’imaginaire collectif

Les travaux en sciences humaines et sociales soulignent que l’exploitation du sous-sol est plutôt du domaine du passé pour beaucoup de Françaises et de Français (au moins en métropole). Il n’y a pas vraiment de représentation sociale de ce que cela représente pour les territoires environnants et pour notre pays.

Mais les choses changent doublement. D’une part, l’abandon progressif en Europe et en France, du charbon, du pétrole et du gaz naturel ne signifie pas l’abandon de l’extraction des ressources minérales de notre planète, mais au contraire une réorientation massive vers des matériaux émergents. On ne cherchera plus du charbon, du pétrole et du gaz naturel, mais avec une ampleur équivalente, des métaux et des matériaux jusqu’ici peu demandés. D’autre part, les méthodes modernes d’exploitation en profondeur et d’extraction du contenu des roches profondes de la croûte terrestre ont des impacts beaucoup plus faibles que ce que redoute notre imaginaire collectif.

C’est le moment de prendre conscience que l’exploitation de nos ressources en lithium est une opportunité industrielle majeure pour la France. Notre pays a vraiment besoin de ces voies nouvelles pour densifier et développer son tissu industriel.

Quelles ressources en France ?

L’Australie produit actuellement l’équivalent de plus de 50% de la consommation mondiale de lithium sur 8 sites (avec des réserves estimées à 5% des réserves mondiales). Mais les principales réserves sont situées en Amérique du Sud, au sein de ce qui est appelé le « Triangle du Lithium », constitué du Chili, de l’Argentine et de la Bolivie. Les réserves de lithium sont en particulier estimées à 9,2 millions de tonnes (Mt) au Chili, 1,9 Mt en Argentine, tandis qu’elles s’élèvent à 4,7 Mt en Australie, 1,5 Mt en Chine et 0,75 Mt aux États-Unis selon l’U.S. Geological Survey(2). Il est important de noter que des ressources importantes sont inexploitées à ce jour et doivent être débloquée par l’utilisation de techniques nouvelles, notamment en Bolivie et en Argentine, ou en Europe, notamment dans des eaux géothermales.

En Europe, le potentiel était estimé par le BRGM à 333 000 tonnes de lithium métallique en 2018(3), soit moins de 1% des réserves mondiales, avec une trentaine de gisements significatifs en Espagne, Finlande, France, Ukraine, Portugal et Serbie.

La France métropolitaine possède un potentiel minier important pour l’exploration-production du lithium, avec un modèle économique qui reposerait également sur l’extraction des coproduits ou sous-produits à forte valeur ajoutée comme l’étain, le tantale ou le béryllium. Toutefois, seul Imerys produit du lithium en France à l’heure actuelle : le groupe extrait 15 kt par an de micas lithifiés pour la verrerie, coproduit du kaolin, avec une teneur de 1,8% en oxyde de lithium(4).

L’Association française des professionnels de la géothermie évalue aujourd’hui la coproduction possible de lithium en Alsace à 15 000 tonnes par an.

Les estimations historiques françaises inventoriées par le BRGM pour les principaux gisements de minéraux de lithium concernent les granites et les pegmatites. Ce qui est nouveau aujourd’hui, c’est la capacité d’exploiter le lithium des saumures géothermales situées entre 1 000 et 4 000 mètres de profondeur, lorsque les conditions géologiques sont réunies… Ce qui est le cas dans les aquifères très profonds du fossé rhénan, c’est à dire pour la France, dans les Vosges, dans des grès déposés il y a 235 millions d’années. La concentration de lithium y varie entre 60 et 360 mg/l et le tonnage utile cumulé était estimé à environ 1 million de tonnes de lithium métal par le BRGM en 2017(5).

L’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG) évalue aujourd’hui la coproduction possible de lithium en Alsace à 15 000 tonnes par an sur 10 sites géothermiques. Jusqu’à présent, ces eaux géothermales chaudes étaient exploitées pour la récupération de chaleur et la production de chaleur et d’électricité. Le modèle économique consiste à associer les deux exploitations, d’une part pour augmenter la production de chaleur et d’électricité décarbonées et d’autre part pour produire du lithium métal.

Ce potentiel d’intérêt majeur pour notre pays demande une adhésion des habitants des régions concernées, soutenue par l’impact de ces exploitations sur l’emploi et la richesse régionale et sur la participation à un projet industriel majeur pour la France et l’Europe. Il demande aussi un soin particulier apporté à la surveillance de la micoséismicité qui peut-être induite par l’exploitation géothermiques. Ce suivi permet « d’écouter » les événements associés au soutirage et à la réinjection d’eau dans le gisement, de façon à adapter en continu les paramètres d’exploitation pour optimiser la production et préserver l’intégrité du sous-sol. Ces enregistrements continus permettent également à la population et aux services de l’État de contrôler l’impact de ces installations sur la stabilité du sous-sol à partir de données factuelles, exploitables au besoin par les scientifiques et les experts du domaine.

Le principe d’extraction du lithium des saumures

Les principes d’extraction du lithium de ces saumures sont les mêmes que les principes d’extraction des saumures des plateaux andins. Le développement de méthodes nouvelles d’extraction a donc une valeur générique pour tous les sites de saumures contenant des sels de lithium et donc une valeur à l’exportation. Le lithium est présent dans les saumures sous forme de chlorure de lithium. Les procédés de transformation classiques exploitent l’évaporation naturelle. Des procédés innovants sont en cours de développement par Eramet et Adionics(6). Les résultats des tests et des pilotes sont positifs et l’exploitation industrielle est prévues pour 2025, voire avant.

 

Extraction du lithium des eaux géothermales

Il y a pour notre pays une opportunité industrielle à produire du lithium de qualité « batterie » en grande quantité. Il y a aujourd’hui seulement cinq grandes entreprises qui dominent le monde du lithium. Dans un marché aussi vaste, il y a la place pour des industriels français. En complément de l’exploitation minière, il y a une opportunité pour développer des procédés de concentration et de purification industrielles des saumures, qu’elles soient géothermales, dans le fossé rhénan, ou qu’elles proviennent des aquifères salins des plateaux andins.

Le développement de la production de lithium et des critères de pureté requise doit se faire en collaboration active avec les fabricants de batteries en France ou en Europe de manière à assurer des débouchés commerciaux stables en lien avec les prix de marché mondiaux qui se mettent en place.

Pour être compétitif, des développements importants doivent encore être réalisés. Mais la co-extraction d’énergie géothermale et de lithium en solution permettra de réduire par cinq le Capex(7) nécessaire à l’extraction du lithium seul, rendant très vertueuse cette complémentarité. Il est également important de noter que l’empreinte carbone sera excellente, que les prix de lithium augmentent de façon très significative et les perspectives de développement de la mobilité électrique sont telles que l’offre de lithium risque d’être insuffisante, les prix resteront donc hauts longtemps, rendant ce type de projets très rentable.

Sources / Notes
  1. Voir rapport d’Albemarle de mai 2021.
  2. Données de janvier 2021.
  3. Ressources métropolitaines en lithium et analyse du potentiel par méthodes de prédictivité, BRM, décembre 2018.
  4. Valorisation des fluides géothermaux contenant du lithium en vue d'une production Industrielle, BRGM, septembre 1991.
  5. BRGM, 2017.
  6. Eramet évite l’étape de concentration par évaporation. Le lithium est capté par des billes, il est ensuite concentré et purifié pour atteindre la qualité requise pour les batteries. Adionics évite aussi l’étape de concentration par évaporation par un procédé d’extraction liquide-liquide des sels de lithium vers une formulation liquide organique d’extraction. Le produit extractant chargée rend le chlorure de lithium pur. Géolith développe par ailleurs une solution de filtration active.
  7. Dépenses d’investissement.

Commentaire

Keke82

Malheureusement les divers projets de géothermie profondes en France ont connu des déboires importantes ces derniers temps, pas sur que la filière s'en remette.

Marc Diedisheim

Ces déboires concernent-ils tous les sites de géothermie profonde, ou seulement celui qui défraye la chronique en ce moment ? Bien cordialement

Bultreys

C'est justement au même endroit. Voir les effondrement de terrain à la suite de l'extraction du lithium... Brrrrmm

Urban bruno

Très bon article de reportere, malheureusement les pays dits "pauvres" veulent leur part de croissance ... est ce une bonne chose pour l'ensemble des peuples concernés ? Si j'étais optimiste, je dirais oui mais on peut se poser la question de savoir ce qu'est devenue la richesse de ces pays lorsque le guano était leur or blanc, par le passé ...
J'ai tendance à penser qu'une extraction sur le sol européen serait plus contrainte pour les compagnies minières et donc plus coûteuse mais peut-être est il temps que nous ayons nos propres extractions plutôt que de laisser faire n'importe quoi dans des pays ou les populations locales ne peuvent pas se défendre ...

Leday

Demandez à Monsanto quel est sa part de responsabilité dans l'arrêt de l'exploitation du guano pour imposer au monde ses engrais.

Guy Martha

Et les écolos???ils ont perdu la voix ou ne se concentrent ils que contre le nucléaire????

Dominique Guérin

Les "écolos" veulent des voitures électriques, mais pas de centrales nucléaires pour faire de l'électricité et surement pas non plus des mines d'extraction de lithium pour faire des batteries. Mais veulent bien des éoliennes faisant de l'électricité gratuite pour alimenter des électrolyseurs qui feront de l'hydrogène, qui grace à des piles à combustible referont de l'électricité le tout après en avoir gaspillé les 3/4...

Claude PAPILLAULT

Merci

Claude PAPILLAULT

Oui

Bal

Au vue des ressources surexploitaté dans ce monde, si on agissait pour les respecter et arrêter de tout exploiter jusqu'à ce qu il n y ai plus de place pour le vivant, donc pour l humanité...?? Ça vous dit pour nos enfants d arrêter la rentabilité, le profit... à quoi bon.

Abadie

L'exploitation minière à très grande profondeur ne me semble pas constituer un danger pour la vie animale. C'est plutôt en terme de déséquilibre environnemental qu'il faut regarder.

Vuillaume

ZSW estime que les réserves mondiales de lithium sont suffisantes pour équiper 10 milliards de voitures soit 7 fois le parc existant, ce qui n’est pas bcp compte tenu de la durée de vie d’une batterie et nombreux autres usages du lithium. Est-il responsable d’autoriser ce nouvel usage sans exiger le recyclage systématique et un contrôle préalable de l’empreinte carbone ACV de la filière complète ? Qui serait légitime pour imposer cela au plan mondial ? Et si on ne voit personne peut-on imaginer une seule seconde que la techno pourra répondre à l’urgence climatique ?

Serge Rochain

Ce n'est pas tant la différence de nature de ce que l'on extrait du sol qui a changé et constitue une révolution, mais ce que l'on en fait. Durant les trois siècles précédents nous n'avons extrait que ce que l'on pouvait transformer en chaleur (charbon, gaz, pétrole) sans la moindre chance de les faire retourner à la Terre une fois exploités. Aujourd'hui ce monde est bien derrière nous car ce que l'on extraira du sol à partir de maintenant, le vrai changement dans le paradigme minier, est destiné à retourner à la Terre, une fois les mille recyclages qui les rendront obsolète avec de nouvelles réalités et de nouveaux besoins.
A ce changement dans la façon d'exploiter les ressources terrestres, il suivra rapidement une autre révolution, celle de la concurrence entre la continuité des extractions minières et celle du raffinage des matières de l'industrie du recyclage. La première ne pourra avoir que des coûts croissants en raison des difficultés également croissantes d'accès, et raréfaction des ressources les plus accessibles, tandis que les seconds verront leurs coûts décroitre en raison de l'amélioration des techniques de recyclage et surtout d'une disponibilité croissante de matières à recycler. Les deux courbes de coûts se croiseront au jour de cette révolution où nous rentreront pour longtemps dans l'ère du recyclage succédant à l'époque minière qui n'aura pas durée 4 siècles.
Serge Rochain

HERRENSCHMIDT

Ce n’est pas tant le coût qui va être le paramètre déterminant du recyclage que la disponibilité d’ENR pour alimenter cette industrie.

Dominique Guérin

et si l'on recyclait le CO2 pour en refaire du carbone et de l'hydrogène... ce serait de la chlorophile industrielle...

Serge Rochain

C'est l'accroissement de l'extraction minier qui va un temps alimenter un stock en devenir de recyclage.
Prenez n'importe laquelle de ces matières, elle va servir plusieurs années, quelquefois plusieurs dizaines d'années dans un matériel par exemple une éolienne ou une batterie. pendant tout ce temps c'est l'industrie minière qui va alimenter ce stock en croissance dans des machines, puis les premiers recyclages auront lieu à des coûts au moins aussi élevés que leurs concurrents issus de l'extraction minière. Ils n'auront alors qu'un seul avantage : la disponibilité immédiate. Mais le stocke à traiter continuant à augmenter et les technique de recyclage s'améliorant les coûts baisseront jusqu'à un jour devenir moins élevé que le concurrent issu de la mine de plus en plus cher.
C'est inéluctable, les seuls inconnues sont les dates où ces différentes situations se produiront.

Pierre-Ernest

Ce qui fait l'intérêt d'un gisement, c'est la teneur en produit recherché. Le deuxième critère, c'est le volume (estimé) du gisement. Et le troisième et bon dernier, c'est la situation géographique.
Le lithium alsacien est : faible sur le premier critère, faible sur le deuxième, et bon sur le troisième. Ce qui signifie qu'il n'est pas bon sur l'ensemble.
Et qu'à part flatter l'égo de quelques politiques locaux ou encore le sentiment national de quelques autres, son exploitation n'est finalement pas objectivement intéressante.
(J'ai connu ce type d'interrogation à propos d'un autre produit : le brome. Et j'ai vu, en quelques dizaines d'années, le déclin irrémédiable des productions françaises à Port de Bouc à partir de la mer, et près de Mulhouse à partir d'un dépôt salin (Potasses d'Alsace)).
Il faut savoir accepter et se rendre à la réalité. Sinon, on risque aujourd'hui de mourir.

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