Minerais de lithium : enjeu de la prochaine décennie

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Le Centre de recherche en économie de l’énergie (Center for Energy Economics - CEE) de l’Université du Texas à Austin (UT-Austin), dont le 20ème rassemblement annuel vient de se tenir les 9 et 10 décembre à Houston, a récemment publié une étude sur l’enjeu des matériaux pour les batteries.

Le stockage de l’énergie électrique est en effet un sujet prioritaire dans le Lone Star State selon l’Académie de Médecine, d’Ingénierie et de la Science du Texas (The Academy of Medicine, Engineering and Science of Texas – TAMEST). La Direction « ingénierie » au sein de la National Science Foundation (NSF) soutient d’ailleurs les recherches faites dans ce domaine, et en particulier dans la conception des matériaux pour batteries rechargeables. Au Texas, la NSF soutient par exemple, le Dr. John Goodenough à UT-Austin. Son projet de recherche a pour objectif de développer une nouvelle stratégie pour créer des batteries à moindre coût afin que le prix de l’électricité stockée qui proviendrait de diverses sources énergétiques, principalement renouvelables, soit alors compétitif avec celui de l’électricité produite directement à partir de combustibles fossiles. Le résultat de cette recherche pourrait permettre l’obtention de batteries lithium-ion (Li-ion) ou sodium-ion qui alimenteraient des véhicules tout-électrique ou permettraient un stockage de l’électricité produite par des sources d’énergie intermittentes (solaires ou éoliennes) à un coût abordable. [1]

Les batteries les plus utilisées à l’heure actuelle dans le transport sont celles composées d’une cathode Li-ion avec ajout de Cobalt (Co) pour des questions de sécurité, l’anode étant généralement composée de graphite. Ce type d’accumulateur domine déjà le marché grand public de l’électronique, dont celui de la téléphonie mobile, et selon les analystes devraient maintenir sa position dominante dans le secteur des véhicules électriques. En effet, leur bonne capacité de stockage et de distribution de l’énergie, leur coût, leur durée de vie, leurs performances dans diverses conditions à température ambiante ainsi qu’un rapport poids/densité d’énergie très faible, font que ces accumulateurs à base de lithium sont parfaitement adaptés pour les systèmes embarqués.

Si on se fie aux prévisions des analystes, l’utilisation du lithium pour les batteries devrait augmenter de 58% d’ici 2025 par rapport à 2014 dont 65% uniquement pour le marché automobile.

Ressources et réserves actuelles

Le lithium (Li) utilisé dans les batteries provient quasi exclusivement du carbonate de lithium (Li2CO3), composé extrait des gisements de pegmatite mais surtout des saumures continentales, c’est à dire des fonds de lagunes et de lacs asséchés des zones désertiques, qui est actuellement la source de lithium la plus abondante et la moins chère.

Selon l’étude du CEE, 68% des ressources mondiales de Li provient de saumures continentales et 24% de pegmatite. En fait, 58 % des ressources mondiales de Li se concentre dans trois pays : la Bolivie, le Chili et l’Argentine ; c’est-à-dire là où se trouve la majorité des saumures continentales du monde. Si la Bolivie possède la plus grande part des ressources mondiales en Li (22,6 % qui représente 9 millions de tonnes), aucune exploitation n’a encore démarré. Les ressources en pegmatite quant à elle se retrouve majoritairement en Australie, en Chine et aux Etats-Unis.

Si la majorité des pays ne possède qu’une source unique de Li (saumures continentales ou pegmatite), les Etats-Unis et la Chine en possèdent au moins deux. Le cas des Etats-Unis est encore plus complexe car plus de 50% de ses ressources proviennent de sources autres que les saumures continentales et la pegmatite. On peut citer par exemple les gisements d’hectorite - minéral argileux présent notamment en Californie et potentiellement source de Li métallique - ou bien des saumures géothermales ainsi que des saumures de champs pétrolifères. De ce fait, après le trio de tête sud-américain dont les ressources reposent uniquement sur les saumures continentales, ce sont les Etats-Unis qui possèdent le plus de ressources en Li avec 13,8 % ; toutefois, elles constituent seulement 0,3 % des réserves mondiales.

En ce qui concerne les ressources exploitables, i.e. les réserves, 55 % d’entre elles est détenu par le Chili en raison du faible coût de production dans le salar d’Atacama. Avec 25,9 %, la seconde réserve mondiale de Li est détenue par la Chine qui toutefois ne possède que 13,6% des ressources mondiales. L’Australie complète le tableau des six principaux acteurs du marché du Li, puisqu’elle détient actuellement 11,1 % des réserves mondiales (et 4,3 % des ressources mondiales), mais elle constitue surtout le principal producteur et exportateur de Li, devant le Chili, avec une production respectivement de 13 000 tonnes et de 12 900 tonnes en 2014.

Les projections du CEE pour 2020

Le CEE a analysé la cohérence demande-production en fonction de trois scénarios : faible, moyenne et forte demandes. Si l’utilisation des capacités de production se maintient à 55 % jusqu’en 2020, les scénarios de forte et moyenne demandes en Li ne seront pas satisfaits. En revanche si l’exploitation des minerais d’hectorite est mise en place aux Etats-Unis, l’étude annonce que la production pourra répondre à la demande moyenne en 2020. Si on ajoute à cela l’exploitation des saumures géothermales et des saumures des champs pétrolifères, dans ce cas tous les scénarios de demande peuvent être satisfaits.

Conclusion

En conclusion de l’étude, dans le cas d’une utilisation massive dans les batteries lithium-ion, l’exploitation des gisements actuels de Li pourrait ne pas suffire. Ainsi, pour répondre à la demande, il faudra exploiter de nouvelles réserves, i.e. mettre en exploitation de nouveaux sites. Les Etats-Unis sont bien placés dans ce contexte, des projets d’exploitation de Li étant déjà en préparation.

La recherche sur les batteries est cependant foisonnante et il est difficile de dire actuellement quel type de batterie sortira son épingle du jeu dans les années à venir. En effet, une très grande quantité de batteries sont mises au point dans les universités et centres de recherche du monde entier avec des financements de l’industrie technologique ou des fabricants de voitures. En particulier pour le secteur de l’automobile, les batteries de type aluminium-air ou sodium-ion paraissent prometteuses. [2]


Rédacteur :
- Robin Faideau, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, Houston, robin.faideau@ambascience-usa.org