Batterie électrique cherche source de lithium

Petit ABC du lithium pour commencer…

Utilisé pour les batteries d’objets électroniques comme les téléphones portables ou les piles rechargeables, il est devenu l'un des composants indispensables à la fabrication des batteries des voitures électriques, celles dites « lithium-ion » ou « Li-ion » – et bientôt pour les bateaux, les maisons ou les réseaux électriques intelligents. Rappelons à ce propos que la méga-usine Verkor de batteries électriques entrera en service à la fin de l’été prochain à Dunkerque.

Le lithium tire son succès de trois avantages : densité, légèreté et effet mémoire. D’une part, la densité d’énergie stockée dans les batteries à base de lithium est plus importante que celle des batteries nickel-cadmium ou nickel-hydrure métallique, éléments précédemment utilisés. D’autre part, le lithium est un métal très léger. Enfin, les batteries au lithium ne présentent pas d’effet mémoire, ce qui n’oblige plus à décharger la batterie pour la recharger sous peine de perdre en capacité. Il existe différentes chimies ou sein des batteries Li-ion : NMC (nickel, manganèse, cobalt), NCA (nickel, cobalt, aluminium) et LFP (lithium, fer, phosphate).

Les nouvelles sources de lithium

L’État de l’Arkansas, aux États-Unis, cache donc dans ses profondeurs un trésor minéral qui pourrait redessiner la carte mondiale du lithium. Des chercheurs y ont identifié dans les eaux souterraines un gisement gigantesque, capable de satisfaire jusqu'à neuf fois la demande mondiale prévue pour les batteries de voitures électriques en 2030. Les estimations parlent de 5 à 19 millions de tonnes de lithium, ce qui représenterait jusqu'à 136% des ressources actuellement recensées sur le territoire américain. De quoi réduire considérablement la dépendance du pays aux importations de ce métal stratégique. Cependant, le chemin vers une exploitation à grande échelle n’est pas encore pour demain. Les défis techniques sont énormes ; pompage et traitement des saumures nécessiteront des volumes d'eau et d'énergie colossaux. Un vrai défi technologique, environnemental et financier.

Pendant ce temps-là, en France, un gisement de lithium a été découvert il y a trois ans à Échassières, dans l'Allier. Une découverte au cœur de la souveraineté industrielle de la France puisque notre pays importe aujourd’hui 100% de son lithium, essentiellement de Chine. Dans ce petit coin de la campagne auvergnate, il y a donc un grand projet d'exploitation minière qui devrait démarrer en 2028. Un projet à un milliard d'euros avec 1.600 emplois directs et indirects à la clé pour 30 ans minimum. Face aux craintes de certains riverains, le projet se veut exemplaire au niveau environnemental : mine en souterrain pour limiter les nuisances sonores et les poussières ; transport entre usine et station de chargement par canalisations pour éviter le transport routier ; train pour acheminer le minerai vers son lieu de production final.

3 QUESTIONS À…

• Yves Jégourel, professeur du Cnam, titulaire de la chaire Économie des matières premières et transitions durables

• Sébastien Jean, professeur du Cnam, titulaire de la chaire Jean-Baptiste-Say d'économie industrielle

Yves Jégourel

Quelles promesses pour la souveraineté française à partir de l’exploitation future du gisement de lithium d’Échassières, dans l’Allier ? Une raffinerie de lithium en Alsace dès 2027, également ?

La souveraineté française, ou européenne, est évidemment un objectif à rechercher, pour le lithium comme pour l’ensemble des ressources minérales dites « critiques »: celles de la transition énergétique et de la révolution numérique. La mine développée par Imerys dans l’Allier, ou le projet d’Eramet et Électricité de Strasbourg visant à extraire du lithium des eaux géothermales en Alsace (Ageli), vont naturellement dans ce sens, et il convient de les encourager. Le projet dans l’Allier repose sur l’exploitation de 1,1 mégatonnes d’oxyde de lithium, soit environ 510.400 tonnes de lithium avec à la clé une production annuelle de 34.000 tonnes d’hydroxyde de lithium. Avec l’hypothèse d’une batterie équipant un véhicule électrique de taille moyenne, 660.000 véhicules pourraient ainsi être équipés par an.
Attention, toutefois, à ne pas considérer ce projet comme une solution à lui seul. D’abord, parce qu’il faut qu’il soit rentable, ce qui est probable à long terme mais, à court terme, le prix du lithium s’est effondré, conduisant ainsi de très nombreuses mines à ne pas l’être. De plus, les différentes sources de lithium n’ont pas la même structure de coûts. Or, c’est une course à la compétitivité-prix qui s’est engagée, du minerai de lithium au véhicule électrique en passant par l’hydroxyde de lithium privilégié dans les batteries NMC (nickel, manganèse, cobalt) ou le carbonate de lithium pour les batteries LFP (lithium, fer, phosphate). Il nous faut du lithium, à haute valeur environnementale bien entendu, mais également dont le prix est, toutes choses égales par ailleurs, inférieur ou égal à celui de la concurrence.

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Quelles conséquences sur le marché des matières premières au niveau mondial lorsque la super mine de l’Arkansas sera mise en service ?

Il n’y a en réalité pas que ce projet qui viserait, stricto sensu, à exploiter des saumures et non des roches dures, telles que le spodumène ou la lépidolite. Pensons, par exemple, au projet Thacker Pass, prévoyant de traiter des argiles lithinifères de la caldeira McDermitt dans le Nevada, ou encore à la révision des estimations du service géologique chinois qui tripleraient les réserves en lithium du pays. Face à une demande qui, selon l’Agence internationale de l’énergie, pourrait être multipliée par 11 d’ici à 2050, les projets se sont multipliés. Ils ne sont pas suffisamment nombreux aujourd’hui pour répondre à cette demande de long terme, mais à court ou moyen terme, ils créent les conditions d’un surapprovisionnement du marché et d’une chute des prix. En d’autres termes, tout projet ne disposant pas de suffisamment de liquidités et/ou ne bénéficiant pas d’un soutien public ou d’un actionnariat patient pourrait dans l’absolu être menacé dès lors que sa structure de coût ne lui est pas favorable, indépendamment des réalités de long terme. Il faut donc « tenir » !

Plus globalement, quel rôle pour le lithium dans la transition énergétique et numérique et l'essor des véhicules électriques ?

Il convient, vous avez raison, de distinguer les différentes problématiques existantes au sein des métaux critiques. Le cuivre, par exemple, est indispensable pour réaliser dans les trois chantiers fondamentaux de la transition énergétique : l’essor de l’électromobilité (véhicules électriques ou hybrides), le remplacement des énergies fossiles par des énergies renouvelables, et le développement des infrastructures de transport et de stockage de l’électricité décarbonée (ou de tout vecteur énergétique durable, à l’image par exemple de l’hydrogène vert). Or, la métallurgie du cuivre est particulièrement ancienne, les teneurs en métal des mines existantes diminuent structurellement, tandis que la découverte de nouveaux gisements majeurs est de plus en plus rare. La question pour ce métal est donc simple : en aura-t-on suffisamment ? Ce qui fait du recyclage et de la sobriété deux variables essentielles de la décarbonation de notre monde.
Pour le lithium, la situation est assez différente, car les réserves et ressources sont finalement assez abondantes et parce qu’il n’est utile « que » pour le volet de l’électromobilité. À la différence du sulfate de nickel ou de l’hydroxyde de cobalt, il est en revanche indispensable pour l’ensemble des chimies des batteries Li-ion, et sauf rupture technologique majeure, celles-ci devraient dominer le marché sur les dix ou vingt prochaines années. Il s’agit donc de savoir si nous en aurons… à temps, sur une base nationale ou européenne, et dans les conditions environnementales les plus satisfaisantes.

Sébastien Jean

Est-ce que la découverte de ces gisements permettra à terme de rééquilibrer les relations économiques mondiales sur les minerais critiques, en particulier le lithium, par rapport au leader chinois ? Notamment en ce qui concerne l’Europe ?

L’importance du gisement découvert aux États-Unis en fait un élément de poids à l’échelle mondiale, qui augmente significativement les réserves connues. Cela ne change pas radicalement les données du problème, mais il contribue à diversifier la répartition de l’extraction. Cela étant, pour le lithium comme pour la plupart des minerais critiques, ce n’est pas l’extraction qui est la plus concentrée géographiquement, c’est le raffinage, dans lequel la Chine réalise souvent plus des deux tiers, voire plus des trois quarts du total mondial. Outre le cuivre, qui est d’usage très large et dont la production est plus diversifiée, le nickel est la principale exception de taille, l’Indonésie ayant réussi à utiliser ses réserves pour s’imposer aussi dans le raffinage. Par ailleurs, il faut être conscient des délais inhérents à ces industries nécessitant des investissements très lourds, avec souvent des conséquences importantes pour l’environnement. Il se passe en moyenne plus d’une décennie et demie entre la découverte d’un gisement et sa mise en exploitation.

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Y a-t-il une possibilité pour les nations de se passer de certains métaux précieux (ou de les remplacer) pour être moins dépendantes de certaines autres ?

Les technologies avancées s’appuient sur des propriétés spécifiques de certains matériaux. Si certains sont privilégiés, c’est parce que ces propriétés représentent une combinaison rare. Par définition, il est donc difficile de s’en passer. Pour réduire sa dépendance, il y a trois pistes principales. La première est de stocker les matériaux importés, pour limiter sa vulnérabilité aux ruptures d’approvisionnement. La seconde est de diversifier ses fournisseurs, au besoin en investissant pour participer au financement de nouvelles offres. La troisième est de financer des efforts de recherche et développement spécifiquement destinés à faire évoluer les technologies pour se passer de tel ou tel matériaux. C’est généralement difficile, long et coûteux, mais l’expérience montre que le progrès technique n’est pas neutre ; il s’oriente vers les pistes qui sont privilégiées. D’ailleurs, les évolutions récentes dans le secteur des batteries montrent que les technologies et les minerais sur lesquelles elles s’appuient sont loin d’être figées, elles peuvent évoluer de façon parfois radicale. En l’occurrence, la chimie s’appuyant sur le lithium (LFP : lithium, fer, phosphate) gagne très rapidement du terrain sur celle reposant d’abord sur le nickel (NMC : nickel, manganèse, cobalt).

Plus globalement, quels sont les atouts industriels de notre pays en lien avec la révolution des transitions (écologique et numérique) ?

Comme l’Europe dans son ensemble, la France est dépendante des importations pour la quasi-totalité des matières premières nécessaires au développement des technologies vertes. C’est un handicap, parce qu’elles en nécessitent justement de grandes quantités, en particulier des métaux. Et le prix élevé de l’énergie n’aide pas non plus. Mais nous avons aussi des atouts, au premier rang desquels une main-d’œuvre qualifiée et une recherche de qualité. Nous avons aussi une grande expérience industrielle dans des secteurs technologiques, aussi bien l’industrie lourde et les machines que la chimie spécialisée. Dans la plupart des secteurs concernés, d’ailleurs, l’Europe figure ou a figuré dans les leaders. Nous avons, enfin, un grand marché à l’échelle européenne, avec des ambitions élevées de déploiement des énergies renouvelables, qui font partie des priorités de l’action publique. Ses positions sont aujourd’hui fragilisées face au mercantilisme chinois et à des politiques américaines de moins en moins coopératives, mais l’Europe a les moyens de tirer son épingle du jeu si elle parvient à se mobiliser de façon cohérente et coordonnée.