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Le Lithium

C'est une véritable ruée vers l'or... blanc : en Amérique latine, les réserves de lithium excitent la convoitise des géants de l'automobile. Et pour cause : les étonnantes propriétés de ce métal font de lui l'atout maître des batteries des véhicules électriques. Un enjeu majeur.

Et si les conquistadors ne s'étaient pas trompés ? Et si l'Eldorado n'était pas seulement un mythe ? Et s'il existait, aux confins du défunt empire inca, un pays où l'or abonde ? Eh bien, à condition que cet or ne soit pas jaune, mais blanc, la légende rejoint désormais la réalité. Car au cœur de l'Amérique du Sud, un étrange métal de couleur blanche, malléable et capable de flotter sur l'eau, suscite une véritable fièvre : il s'agit de l'ingrédient irremplaçable des batteries qui alimenteront demain les voitures électriques. Or, selon les prévisions, de 4 à 6 millions de ces modèles sont annoncés pour 2020, avec, qui sait, l'espoir de remplacer les 1,2 milliard de véhicules à essence. C'est donc en concurrent de l'or noir que se positionne cet or blanc, dont le prix frise déjà neuf fois celui du brut (soit 4,50 euros le kilogramme, sous la forme commerciale de carbonate). Son nom ? Le lithium. La ruée a en fait déjà commencé dans ce que les spécialistes appellent le "triangle ABC" (Argentine-Bolivie-Chili), où se concentrent les trois quarts des ressources mondiales (voir carte).

UN ATOME EXCEPTIONNEL

Alors que la demande de lithium était d'environ 11.000 tonnes en 2000, elle devrait atteindre, selon les consultants miniers canadiens du groupe TRU, les 55.000 tonnes en 2020. Dès à présent, les compagnies minières multiplient les projets et draguent les investisseurs en Bourse. D'autant que certains affirment qu'il n'y en aura pas pour tout le monde. Ce qui incite les grands de l'automobile à sécuriser leurs approvisionnements. Toyota vient ainsi d'investir dans un projet d'extraction en Argentine. Et le groupe français Bolloré, promoteur de la voiture électrique Bluecar, s'active aux côtés de General Motors (États-Unis), Mitsubishi (Japon) et LG (Corée) autour du gisement bolivien d'Uyuni. De là à voir se développer un "Opep andin du lithium", il n'y a qu'un pas que les dirigeants locaux, en particulier le président bolivien Evo Morales, dirigeant du pays le plus pauvre d'Amérique latine, aimeraient volontiers franchir.
Si le lithium suscite de tels espoirs, c'est qu'il s'agit d'un atome exceptionnel. Troisième élément de la table de Mendeleïev (son noyau ne comporte que trois protons) derrière l'hydrogène et l'hélium, il est le plus léger des métaux, avec une masse volumique 21 fois inférieure à celle du plomb. Une qualité qu'il combine "avec une autre, essentielle pour générer des courants électriques : celle de céder facilement un électron", explique Jean-Marie Tarascon, professeur au laboratoire de réactivité et chimie des solides (CNRS/université de Picardie, Amiens). Sachant que le principe d'une pile électrique consiste justement à stocker une réserve d'électrons, qui sont délivrés au travers d'un circuit lorsque la pile se décharge, "le lithium présente le compromis idéal pour stocker de l'énergie au moindre poids", assure le chercheur.
Inventé en 1976 par l'Américain Michael Stanley Whittingham, chimiste des laboratoires Exxon, ce type de batterie a souffert d'une mise au point difficile, due en partie à la réactivité du lithium à l'humidité. Mais sa première commercialisation par Sony, en 1991, a connu un succès fulgurant. Pas étonnant : elles stockent de 150 à 200 wattheures (Wh) par kilogramme de lithium, soit 3,5 fois plus que le plomb et 1,5 fois plus que le tandem nickel-hydrure métallique, la technologie rivale la plus proche.

ADAPTÉ À TOUS LES USAGES ET À TOUS LES COÛTS

Et la marge de progression reste considérable. "Nous pensons qu'il est possible d'aller jusqu'à 300 Wh/kg, voire 600 Wh/kg avec des solutions très futuristes comme la batterie lithium-air, estime Jean-Marie Tarascon. Et, à la différence des technologies de batteries concurrentes, celle du lithium offre au chimiste un grand choix de matériaux pour les électrodes. Il devient donc possible d'offrir des compromis adaptés à tous les usages et tous les coûts." Ainsi, le cobalt, rare et cher utilisé dans les batteries "lithium-ion" de nos téléphones portables, peut-il être remplacé, pour les voitures, par des matériaux bien moins onéreux : phosphate de fer ou fluorosulfate, voire un composé d'oxyde de vanadium, de carbone et de plastique. Ces batteries stockent moins d'énergie (environ 110 kW/kg, tout de même), mais, outre leur moindre coût, ont des temps de charge plus rapides et ne présentent pas de risque d'inflammation ou d'explosion en cas de dommages, comme avec les batteries au cobalt. Tous ces avantages rendent le lithium incontournable, d'autant que les concurrents ne sont pas légion (les batteries zinc-air restent handicapées par leur usure rapide et celles au sodium par leur poids). Oui, mais existe-t-il assez de lithium sur Terre pour répondre à une demande croissante ?
Dans le cosmos, le lithium est plutôt rare : d'après les modèles de nucléosynthèse, ces atomes formés juste après le big bang sont 930 millions de fois moins nombreux que ceux d'hydrogène, 500.000 fois moins que les atomes de carbone. Cette rareté se retrouve à l'échelle terrestre, où le lithium n'occupe que la 25 ème place en termes d'abondance, avec 20 mg par kilogramme de croûte terrestre. Cela étant, les mécanismes géophysiques sont de puissants perturbateurs des moyennes... Ainsi, certaines roches apparentées aux granits comme les pegmatites contiennent-elles un minerai appelé spodumène, dont la teneur atteint 6 à 7 % d'oxyde de lithium. Ce minerai est largement distribué sur la planète (voir carte ->), où réserves et ressources représenteraient 7,65 millions de tonnes (Mt) de lithium, selon l'estimation réalisée en 2009 par l'expert minier américain Keith Evans, référence en la matière. En ajoutant d'autres roches, comme les hectorites et les jadarites, récemment découvertes en Serbie, le total des sources solides se hisse à plus de 10 Mt, soit près de 200 fois la demande pour l'année 2020. Et la roche n'est pas tout. Nécessitant beaucoup d'énergie pour être extraits, les spadumènes sont supplantés depuis les années 1980 par une nouvelle source de lithium, deux à trois fois moins coûteuse : les lacs salés, ou salars en espagnol, source de tous les espoirs andins mais aussi chinois, puisqu'on en trouve au Tibet.

NE PAS CONFONDRE RESSOURCES ET RÉSERVES

"Ils sont le résultat du lessivage des ignimbrites, roches volcaniques riches en lithium, altérées et lessivées par les eaux, explique François Risacher, chercheur au laboratoire d'hydrologie et de géochimie de Strasbourg, un des premiers géologues à avoir examiné de près le salar bolivien d'Uyuni. Dans leur parcours, les eaux se sont retrouvées piégées au fond de bassins fennés, formant des lacs. Le taux d'évaporation dans ces régions arides étant supérieur à celui des précipitations, les sels se sont concentrés au cours des millénaires". Sous la croûte superficielle de 10 à 15 cm, durcie mais poreuse, se trouve, sur des dizaines de mètres de profondeur, une saumure chargée en lithium, à raison de 500 mg/l en moyenne à Uyuni. Ces salars sont immenses (celui d'Uyuni est grand comme le département de la Gironde) : ressources et réserves confondues y représenteraient, toujours selon Keith Evans, 17,6 millions de tonnes.
En tout, en ajoutant les saumures riches en lithium extraites de sources géothermales (1 Mt) et de champs pétrolifères (0,75 Mt), l'ensemble des réserves s'élève ainsi à plus de 30 Mt. Keith Evans estime que la moitié serait raisonnablement exploitable, ce qui laisse un stock de plus de 15 Mt : de quoi couvrir 272 fois la demande annuelle prévue par TRU pour 2020. Alors pourquoi les inquiétudes ? Parce que ces quantités ne sont inépuisables qu'en apparence, répond radicalement William Tahil, expert du cabinet d'études technologiques Meridian International Research et auteur, en 2006 et 2008, de deux rapports intitulés "Le problème du lithium", largement évoqués par les médias. Et d'expliquer : "Ces chiffres confondent ressources, ce qui est dans le sol, et réserves, ce qui peut être extrait de façon réaliste et économique". En outre, les gisements ne sont pas d'égale qualité : celui d'Uyuni, en particulier, souffre d'une très haute teneur en magnésium, un gros handicap pour la rentabilité. Son isolement le rend par ailleurs très difficile à exploiter. Au final, l'analyste britannique estime que seuls 4 Mt de lithium sont exploitables. Là-dessus, William Tahil ajoute que "la quantité de lithium nécessaire pour chaque kW/h de batterie auto a été quatre fois sous-estimée", que la production de voitures électriques sera plus importante que prévu si les prix du pétrole s'envolent et que le métal est réclamé par d'autres industries, en particulier par l'électronique, en plein essor (voir encadré). Pour conclure que la voie du lithium n'est pas durable.
Cette vision catastrophiste est cependant loin de faire l'unanimité. "Je me refuse à séparer réserves et ressources, tout simplement parce que cette notion est très variable dans le temps : une hausse de prix, une nouvelle technologie d'extraction changent tout", se défend Keith Evans, quarante années de travail sur le terrain à l'appui. "Avec la reprise de l'effort de prospection encouragé par l'émergence du marché automobile, les ressources ont doublé en deux ans et ne cessent d'augmenter, ajoute le Britannique Robert Baylis, auteur, en 2009, d'un volumineux rapport sur le lithium chez Roskill, un cabinet spécialisé dans l'analyse du marché des métaux. Pour nous, il y a assez de lithium pour satisfaire tous les besoins. Sans compter qu'il est recyclable et que l'on peut compter sur les pouvoirs publics pour en organiser la récupération". Quant à la sous-estimation de la quantité de lithium nécessaire dans les batteries d'automobiles, elle tient mal la route au vu des chiffres publiés par les industriels, appuyés par des années d'essais.

LE LITHIUM N'EST PAS UTILE QUE DANS LES BATTERIRES
Avec 14 % de la demande en 2007 selon le cabinet TRU, les fabricants de batteries ne sont pas encore les principaux consommateurs. En tête, l'industrie du verre (28 %), puis la métallurgie (17 %), les lubrifiants (8 %), le conditionnement d'air (7 %), la pharmacie (5 %), etc. En 2020, la forte demande devrait chambouler le classement : le secteur du stockage de l'énergie occupera 39 %, devant ceux des alliages (21 %) et du verre (16 %).

LA SPÉCULATION N'AURA PAS LIEU

Reste que si la ressource est là, il faut l'extraire à temps pour satisfaire la demande. Et, là, le futur devient trouble. "La question est de savoir si, après le recul dû à la crise économique actuelle, les producteurs sauront rebondir pour répondre à la demande, résume Edward Anderson, P-DG de TRU. Or, l'exploitation du lithium est une activité difficile, qui requiert un haut niveau d'expertise et prend du temps : il faut dix ans pour mettre un site en production. Du coup, nous anticipons un resserrement entre offre et demande vers 2017, quand la croissance du marché auto va se faire sentir". Aubaine à saisir pour spéculer ? Même pas... "Une poignée de gros projets en Chine, au Chili et en Argentine répondront facilement à la demande, et sans recourir à la Bolivie. En fait, on risque même la surproduction : l'engouement actuel pour le lithium est ridicule et incompréhensible !" Ceux qui misent sur une flambée des cours ont toutes les chances d'en être pour leurs frais... Et puisque le prix du lithium ne représente au pire que quelques pourcents du prix d'une batterie, l'automobile électrique peut rouler vers l'avenir avec sérénité.
Le président Evo Morales doit-il abandonner ses rêves ? Pas forcément. Si le marché de la voiture électrique explose, l'exploitation du gigantesque gisement d'Uyuni sera plus urgente que prévu. Et, à bien plus long terme, dans le cadre du projet Iter, à Cadarache (Bouches-du-Rhône) - à compter de 2018, il testera la production d'énergie à partir de la fusion nucléaire -, le lithium sera utilisé non plus en kilogrammes mais en tonnes pour donner du tritium, dont la fusion avec l'hélium engendrerait une énergie phénoménale. De là à transformer La Paz en nouvelle Riyad... rien n'est certain. Si l'Eldorado de l'or blanc a quelque chose en commun avec le désert d'Arabie, c'est peut-être moins la richesse que les mirages.

P.G. et Photos : E.H. SCIENCE & VIE > Juillet > 2010
 

   
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