Alors que la demande de lithium sur le marché mondial devrait augmenter d’ici 2040 pour atteindre huit fois la demande de 2022, la découverte de nouveaux gisements de ce métal est devenue une priorité. Actuellement, la majeure partie du lithium mondial provient d’Australie, du Chili, de Chine et d’Argentine, et de nouveaux sites miniers potentiels sont à l’étude. L’un de ces sites est la caldeira de McDermitt aux États-Unis, un vestige probable du point chaud de Yellowstone et de l’activité volcanique qui en résulte. Selon une étude récente (article Chemistry World) réalisée par Thomas R. Benson et ses collègues de Avancées scientifiquesce site pourrait non seulement contenir entre 20 et 40 millions de tonnes de lithium sous forme d’illite argileuse minérale, mais il aurait également été formé selon un procédé assez unique.
Ce groupe particulier d’argiles minérales peut contenir un certain nombre d’autres produits chimiques, qui dans ce cas particulier sont du lithium en raison de la manière unique dont s’est formée la couche de sédiments d’environ 40 mètres d’épaisseur. Bien que le lithium soit un métal très courant, sa grande réactivité fait qu’on ne le trouve jamais sous sa forme élémentaire, mais plutôt lié à d’autres éléments. Le lithium est faiblement distribué dans la croûte terrestre et dans les océans. Soit dit en passant, les océans de la Terre contiennent de loin la plus grande quantité de lithium, soit environ 230 milliards de tonnes.
Alors, quelle quantité de lithium pourrait être extraite de cette nouvelle zone, et comment cela se compare-t-il à la demande croissante ?
À la poursuite de l’argent
C’est probablement principalement la concentration du lithium qui détermine si l’extraction est économique. Dans l’eau de mer, la concentration est d’environ 0,14 à 0,25 ppm, alors que dans l’une des plus grandes réserves connues actuellement au Chili, elle est de 6 % après évaporation de la majeure partie de l’humidité de l’eau salée pompée. En comparaison, la concentration approximative de lithium dans les échantillons d’argile minérale illite analysés par Benson et al. était supérieur à 10 000 ppm. C’est nettement plus que ce que contient l’autre argile minérale commune – la smectite – également trouvée dans la région de la caldeira de McDermitt, entre 3 400 et 6 800 ppm.
La répartition complexe des gisements de lithium est due à l’origine volcanique de la région, qui, dans un sens, a agi pour concentrer le lithium, un peu comme la façon dont le lithium est récupéré de l’eau salée en le concentrant en saumure.
Il ne suffit pas de connaître la concentration de lithium dans quelques échantillons sélectionnés, bien sûr, pour déterminer la quantité de lithium qui pourrait être extraite. C’est là qu’intervient l’étude géologique de la région, décrite dans une étude de 2020 publiée dans Minéraux, réalisé par Stephen B. Castor et Christopher D. Henry. Cette étude s’appuie sur des études géologiques antérieures qui ont examiné la formation et l’organisation actuelle des couches de la région.
Auparavant, cette partie de la caldeira – appelée Thacker Pass – avait fait l’objet d’études très détaillées, ses gisements de smectite constituant déjà une cible intéressante pour l’exploitation minière. L’argile minérale illite récemment étudiée semble être un résultat encore plus concentré des mêmes processus qui auraient formé le sédiment de smectite. Dans l’article de Benson et al., il est proposé que ce processus impliquait des résurgences volcaniques successives, ainsi que la présence d’un lac dans la caldeira entre les deux. La caldeira et le lac auraient rassemblé et concentré une grande quantité de minéraux et d’autres éléments à l’aide d’un processus hydrothermal qui a finalement abouti aux couches de plusieurs mètres d’épaisseur de sédiments d’argile minérale que l’on trouve aujourd’hui dans la région.
Ici, les opinions entre Benson et Henry diffèrent, ce dernier y voyant un problème car les preuves géologiques indiquent que le lac a persisté bien au-delà de l’ère de l’activité volcanique. Quoi qu’il en soit, la présence de ces sédiments est un fait empirique, et la Lithium Americas Corporation, où Thomas R. Benson est employé comme géologue, a l’intention de commencer à exploiter ces gisements d’illite d’ici 2026. Aux concentrations projetées des millions de tonnes de lithium contenues dans les argiles doivent non seulement être économiquement viables à extraire, mais également durer plusieurs années.
En 2023, la demande mondiale de lithium devrait être d’environ 685 000 tonnes, en équivalent carbonate de lithium commun, pour atteindre plus de 2 millions de tonnes d’ici 2030. Malgré l’association du lithium avec les énergies renouvelables, l’extraction et le traitement du lithium à partir de la saumure et d’autres sources sont très controversées en raison de leur impact environnemental. La cause en est principalement la consommation élevée d’eau lors de l’extraction de la saumure, comme l’ont détaillé Maria L. Vera et ses collègues dans un article de synthèse de 2023 dans Nature Reviews Terre et Environnement.
Problèmes environnementaux
Lors du traitement des argiles contenant du lithium, l’utilisation d’acides sulfuriques et autres est très courante, dans un processus appelé lixiviation acide. La conséquence est que pour extraire du lithium en toute sécurité, les considérations environnementales doivent être prises au sérieux, car cela tend à produire de grandes quantités de déchets dangereux. Il n’est peut-être pas surprenant que de nombreux groupes environnementaux aient protesté contre les mines de lithium au Chili et ailleurs, car l’extraction du lithium à partir de saumures, de roches dures et d’argiles minérales pose toutes sortes de problèmes.
Lorsque l’extraction du lithium commencera dans la caldeira de McDermitt, la résolution de ces problèmes sera un aspect important, ainsi que l’énergie nécessaire au processus d’extraction. C’est d’ailleurs un problème partagé avec le recyclage des matériaux contenant du lithium, tels que les cathodes de batteries, avec Yi-Chin Tang et al. (2023) étudiant l’efficacité de la lixiviation acide avec trois types d’acides différents. Ici, l’acide sulfurique était le plus efficace, récupérant 71 % du lithium après 15 minutes à 60°C, tout en laissant un acide qui doit être éliminé en toute sécurité, une perte de lithium à chaque étape de traitement et de recyclage, et un besoin d’énergie. entrée pour obtenir la température de réactivité appropriée.
Terre inconnue
Selon l’Agence internationale de l’énergie, la demande de lithium devrait passer de 74 kilotonnes en 2020 au chiffre astronomique de 1 163 kilotonnes dans son ambitieux scénario de « développement durable », soit une multiplication par 15,7 en vingt ans. Compte tenu du délai nécessaire à la préparation et au démarrage d’une nouvelle mine de lithium, cela semble plus qu’ambitieux.
Si une telle hausse de la demande devenait réalité, il n’est pas difficile d’imaginer comment même quelques dizaines de mégatonnes de gisements de lithium pourraient être utilisées en quelques décennies, même avec le recyclage en place. Une grande partie de la demande totale de lithium nouvellement extrait dépendra de la quantité de recyclage qui sera réellement possible et des pertes entraînées par le processus.
Une autre inconnue majeure est de savoir si l’extraction du lithium de l’eau de mer deviendra possible ou non de manière économique. C’est d’ailleurs là que les recherches sur l’extraction de l’uranium de l’eau de mer pourraient également constituer une source d’inspiration. Quoi qu’il en soit, l’évolution de la demande et de l’offre sur le marché mondial du lithium au cours des prochaines décennies restera probablement le territoire des investisseurs spéculatifs, même si cette nouvelle source potentielle de lithium aux États-Unis pourrait contribuer à faciliter considérablement l’offre dans un avenir immédiat. .
