L’Arkansas détient-il la réponse à nos besoins en lithium ?

L’importance de l’approvisionnement en lithium

Lithium a rapidement devenu une marchandise très importante, principalement en raison de la montée des véhicules électriques et des énergies renouvelables ainsi que de la demande massive qui en découle pour les batteries lithium‑ion. On s’attend à ce que la demande continue de croître de façon exponentielle jusqu’en 2030, ce qui rend la demande actuelle de 1 189 000 t d’équivalent carbonate de lithium (LCE) relativement petite en comparaison.

Source: Statista

Bien que les batteries lithium‑ion puissent un jour devenir une technologie quelque peu obsolète, le lithium restera probablement un élément important de la chimie des batteries, surtout si les batteries à l’état solide au lithium‑métal deviennent courantes.

Cette croissance de la demande a entraîné une volatilité des prix du lithium, les pénuries provoquant d’importantes hausses de prix suivies de chutes.

Source: Carbon Credit

Cela a également fait de la sécurisation de l’approvisionnement en lithium une préoccupation stratégique, surtout à mesure que de plus en plus d’industries dépendent d’un approvisionnement stable en batteries au lithium, des services publics aux constructeurs automobiles.

Actuellement, la plupart des batteries mondiales et du lithium raffiné proviennent de Chine. Le minéral lui‑même est principalement extrait dans le « triangle du lithium » (Chili, Argentine, Bolivie), en Chine et en Australie.

Source: Progress in Natural Science

La production de lithium a été plutôt lente en Amérique du Nord malgré d’importantes ressources. Ces ressources se sont avérées encore plus importantes, avec d’énormes gisements de lithium découverts en Arkansas. Cette découverte a été réalisée par des chercheurs de l’US Geological Survey, du Arkansas Department of Energy and Environment, et publiée dans Science Advances sous le titre « Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning¹ ».

Un nouveau triangle du lithium ?

Le triangle du lithium est cette zone frontalière en Amérique du Sud entre trois pays qui contient d’énormes quantités de saumures riches en lithium, d’où provient une grande partie du lithium mondial.

Les États‑Unis semblent posséder leur propre triangle du lithium à l’intersection de l’Arkansas, du Texas et de la Louisiane.

Source: Science Advances

Et la découverte est massive, pouvant potentiellement doubler du jour au lendemain les ressources en lithium estimées aux États‑Unis.

En utilisant ces cartes de lithium prédites avec les paramètres des réservoirs et les informations géologiques, nous avons calculé qu’il existe entre 5,1 et 19 millions de tonnes de lithium dans les saumures de la formation Smackover dans le sud de l’Arkansas, ce qui représente 35 à 136 % de l’estimation actuelle des ressources en lithium des États‑Unis.

Comment a‑t‑elle été découverte ?

Il était déjà connu que les gisements de pétrole et de gaz de la région étaient également riches en saumures contenant du bromure et du lithium. Cependant, les analyses précédentes ne pouvaient donner qu’une indication de la teneur en lithium au point d’échantillonnage de la saumure, avec une large fourchette de résultats, de 0,08 à 1700 mg/litre.

Les chercheurs ont donc déployé une analyse IA pour rassembler toutes les mesures connues et les données géologiques de la région. Comme la zone a été largement explorée pour la production de pétrole et de gaz, sa structure souterraine est assez bien documentée.

Dans cette étude, nous utilisons des données publiées et nouvellement collectées de concentration de lithium dans les saumures pour entraîner un modèle d’apprentissage automatique et créer une carte spatiale continue du lithium prédit dans les saumures de la formation Smackover à travers le sud de l’Arkansas en utilisant des variables explicatives géologiques, géochimiques et de température.

Cette analyse a indiqué qu’un site, la formation Smackover, était beaucoup plus prometteur que les autres.

Source: Science Advances

Prédire la teneur en lithium

L’analyse pilotée par l’IA a pu déterminer le facteur prédictif le plus important menant à la présence ou non de lithium :

• Concentrations de sulfure d’hydrogène dissous (H2S).
• Profondeur de l’échantillon de saumure
• Altitude du sommet de la formation Smackover
• Épaisseur de la formation Smackover

Source: Science Advances

Selon les estimations les plus basses et les plus hautes du volume de saumure et de la concentration de lithium, la quantité totale disponible dans la formation Smackover pourrait être :

• 1 million de tonnes (lithium faible, volume faible).
• 11 millions de tonnes (lithium moyen, volume moyen).
• 11 millions de tonnes (lithium élevé, volume élevé).

Source: Science Advances

Le lithium comme sous‑produit

Certaines de ces saumures ont déjà été amenées à la surface, à la suite de l’exploitation pour la production de brome, ou en tant que sous‑produit de la production de pétrole et de gaz.

Au total, environ 5 000 tonnes, soit moins de 0,1 % de la ressource en lithium disponible dans la formation Smackover, ont été amenées à la surface dans les saumures en tant que flux de déchets des industries du pétrole, du gaz et du brome.

Cela représente un petit pourcentage de la ressource totale disponible mais aurait néanmoins suffi à couvrir la consommation de lithium des États‑Unis en 2022, illustrant le potentiel de cette ressource.

Et le « Big Oil » examine le potentiel de mettre à profit son expertise en forage dans la région, avec les projets d’Exxon de forer un « puits de lithium ».

Extraction directe du lithium (DLE)

Une nouvelle troisième technologie d’extraction du lithium

Actuellement, le lithium est principalement produit en utilisant deux méthodes différentes.

La première consiste à broyer la roche riche en lithium, comme la spodumène, qui est le type de lithium produit par l’Australie.

La seconde est l’évaporation de la saumure à l’aide de l’énergie solaire dans d’immenses bassins d’évaporation. C’est une méthode très rentable, mais elle consomme également beaucoup d’eau, ne capte que 50 % du lithium disponible et engendre une pollution importante.

Une troisième méthode est maintenant en cours de développement : extraction directe du lithium.

Membranes sélectives

Les méthodes couramment utilisées pour concentrer le lithium reposent sur l’évaporation et/ou la concentration minérale. Au contraire, l’extraction directe cible les atomes de lithium via un processus d’extraction sélectif. Cela peut être réalisé par quelques méthodes différentes :

• DLE basé sur l’adsorption, où le lithium est physiquement absorbé par un matériau dédié.
• DLE basé sur l’échange ionique, où le lithium est échangé contre des cations (ions positifs).
• DLE basé sur l’extraction par solvant, où un solvant liquide organique absorbe et dissout le lithium hors de la saumure.

Source: Lithium Harvest

Les saumures des champs pétroliers peuvent constituer une ressource importante en lithium car ces saumures sont présentes à l’échelle mondiale, sont autrement considérées comme un sous‑produit des industries du pétrole, du gaz et des saumures, et — selon la viabilité des technologies d’extraction directe du lithium — ne nécessiteraient pas une empreinte importante comparable aux processus d’évaporation utilisés pour concentrer les saumures des bassins

« Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning ».

Nanofiltration du lithium

Une nouvelle méthode d’extraction directe aurait également été découverte par des chercheurs de l’Université Monash (Australie), publiée dans Nature Sustainability sous le titre « Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines ».

Ils ont utilisé la nanofiltration lâche assistée par EDTA (EALNF) pour extraire le lithium. Cette méthode permet d’extraire à la fois le lithium et le magnésium simultanément, améliorant l’efficacité globale de l’opération. Auparavant, le magnésium était considéré comme un déchet de l’extraction du lithium.

Le procédé atteint un rejet ultrahaut de Mg2+ (99,85 %), un flux Li+ ultra‑rapide et un facteur de séparation Li+/Mg2+ sans précédent dans des conditions industrielles.

Le magnésium est souvent présent dans la saumure et peut poser des problèmes pour l’extraction sélective du lithium. Cela a souvent conduit à ignorer ces ressources au profit de saumures « plus faciles ».

« Notre technologie atteint un taux de récupération du lithium de 90 %, presque le double des performances des méthodes traditionnelles, tout en réduisant de façon spectaculaire le temps d’extraction, passant de plusieurs années à quelques semaines seulement. »

Elle consomme également moins d’eau que d’attendre que la saumure s’évapore dans des bassins artificiels. En fait, elle produit même de l’eau douce en tant que sous‑produit, au lieu de la consommer. Avec de nombreuses ressources en lithium dans des régions pauvres en eau, cela pourrait faire la différence.

Investir dans le lithium et la technologie des batteries

Les batteries lithium‑ion ont déjà changé le monde à plusieurs reprises, en permettant aux gens de transporter des appareils électroniques avancés partout et en alimentant les voitures uniquement à l’électricité.

Elles pourraient encore le faire, ou d’autres types de batteries, en permettant un réseau électrique 100 % renouvelable ou l’électrification des avions lorsqu’une densité énergétique suffisante sera atteinte.

Vous pouvez investir dans des entreprises liées aux batteries via de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, Canada, Australie, Royaume‑Uni, ainsi que de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par la sélection d’entreprises spécifiques aux batteries, vous pouvez également vous tourner vers des ETF biotech tels que Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), le Lithium & Battery Tech ETF (LIT) de Global X, ou le WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), qui offriront une exposition plus diversifiée pour profiter de la croissance du secteur du lithium et des batteries.

Ou vous pouvez consulter notre « Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks ».

Entreprise d’extraction directe du lithium

Rio Tinto (RIO ) est un géant de l’industrie minière (le deuxième plus grand au monde), avec une forte présence dans l’extraction du fer, ainsi que du cuivre, de l’aluminium, de l’or, de l’uranium, etc.

Rio Tinto se développe rapidement, notamment avec le méga projet de mine de fer de Simandou en Guinée et la mine de cuivre Oyu Tolgoi, le plus grand projet de l’histoire de la Mongolie.

On s’attend à ce que Rio Tinto fournisse 25 % des volumes de croissance de l’offre mondiale de cuivre au cours des cinq prochaines années.

Récemment, il a fait une entrée massive dans le secteur minier du lithium, avec l’acquisition du géant du lithium Arcadium Lithium , lui‑même issu de la fusion en 2023 de grands producteurs de lithium Allkem et Livent, ce qui en fait le troisième plus grand producteur de lithium au monde.

Source: Arcadium

La fusion a créé une entreprise couvrant toutes les étapes de production et de transformation du lithium. Arcadium a des plans d’expansion visant à plus que doubler sa capacité d’ici la fin 2028.

Innovations d’Arcadium

DLE

Concernant cette acquisition, ce qui a été décrit comme le « véritable atout de Rio Tinto » est la technologie d’extraction directe du lithium (DLE) d’Arcadium. Arcadium travaille en fait sur le DLE depuis 1996, en combinaison avec des bassins d’évaporation, et a récemment réalisé des progrès significatifs pour le rendre commercialement viable en tant que méthode d’extraction autonome.

Notamment, Livent a acquis ILiAD Technologies en 2023.

« La plateforme technologique ILiAD combine un adsorbant sélectif au lithium supérieur avec un traitement en lit contre‑courant continu »

« Livent est le principal praticien mondial et le plus grand utilisateur des procédés de production basés sur le DLE, et nous sommes ravis qu’ils aient reconnu les avantages que ILiAD apporte à l’avenir du DLE. »

Il semble que l’expertise à long terme d’Arcadium en matière de DLE, ainsi que la « large gamme de saumures riches en lithium sous une grande variété de conditions » d’ILiAD, aient été une raison principale de la décision de Rio Tinto d’acquérir Arcadium, en plus de sa faible valorisation due à la nature cyclique des marchés du lithium.

Feuille de lithium

Arcadium a également développé LIOVIX, une forme de feuille de lithium imprimable qui pourrait être utilisée pour améliorer les performances des batteries, réduire les coûts de fabrication et diminuer l’utilisation du lithium.

Source: Arcadium

Profil vert de Rio Tinto

L’acquisition d’Arcadium a fermement placé Rio Tinto dans le camp des innovateurs de l’industrie minière après son innovation dans l’extraction du cuivre grâce à sa filiale Nuton. La nouvelle technologie de Nuton permet un taux de récupération du cuivre beaucoup plus élevé à partir du minerai extrait.

La production d’aluminium de Rio Tinto est à faible émission de carbone, grâce à l’hydroélectricité utilisée pour raffiner la bauxite en alumine puis en aluminium.

Rio Tinto a également investi dans d’autres projets de lithium, acquérant récemment le projet Ricon en Argentine et le controversé projet de lithium Jadar en Serbie (potentiellement le plus grand projet de lithium en Europe).

En raison de ses récentes acquisitions et de ses nouveaux projets, Rio Tinto devrait être de plus en plus perçu comme un producteur de fer à la base, avec un profil de plus en plus vert et une forte croissance dans tous les métaux requis par la transition énergétique, notamment le cuivre, l’aluminium à faible carbone et le lithium.

Référence de l’étude :

^{1. Knierim, K. J., et al. (2024). Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning. Science Advances, 10, Article adp8149. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8149}