Carte géologique du Fossé rhénan.
© BRGM - B. Sanjuan
Dans le cadre de la transition énergétique, la demande en lithium liée aux batteries des véhicules électriques est en très forte hausse et devrait encore s’accélérer. Le rubidium, autre métal stratégique, est moins connu. Rattaché à un marché de niche, il est utilisé dans des technologies avancées, telles que l’optique (certaines cellules photovoltaïques, par exemple), l’électronique et les horloges atomiques.
Comment faire face à cette demande en métaux stratégiques tout en limitant la dépendance à la Chine ? Certains envisagent déjà de rouvrir des mines en Europe, mais la première étape reste d’estimer les ressources de nos sous-sols.
Et si une piste se trouvait déjà sous nos pieds en ce qui concerne le lithium et le rubidium ? Plus précisément dans le Fossé rhénan, entre la France et l’Allemagne, dans les eaux profondes déjà utilisées pour produire de la chaleur et de l’électricité géothermales.
Une étude récente chiffre le potentiel en lithium et en rubidium de la région, qui est très prometteur. Et cela d’autant plus que ces éléments se trouvent dans des eaux chaudes très salées du sous-sol, déjà exploitées en géothermie profonde pour la production d’énergie. Mais, d’ici là, il restera à relever plusieurs défis techniques et environnementaux.
Comment ces métaux se retrouvent dans les eaux géothermales ?
Contrairement aux gisements miniers classiques, ici, le lithium et le rubidium ne doivent pas être extraits des roches mais d’eaux chaudes, qui interagissent chimiquement avec les roches de leurs réservoirs géothermiques.
Dans le cas du Fossé rhénan, les saumures géothermales profondes (eaux très salées) sont issues d’un mélange entre d’anciennes eaux de mer – qui ont envahi la région par le passé et se sont fortement évaporées – et des eaux de pluie.
Restait à comprendre pourquoi et comment ces éléments métalliques se retrouvent dans les saumures. Des analyses chimiques et isotopiques du lithium contenu dans des roches et des minéraux de forages profonds du Fossé rhénan faisaient jusqu’alors défaut. Nous avons couplé ces analyses à celles des saumures géothermales. De quoi mieux comprendre comment les saumures s’enrichissent en lithium.
Les données semblent confirmer que l’altération des micas, qui se transforment en illite (minéral du groupe des argiles, communément observé dans les processus d’altération hydrothermale), est, très probablement, le principal mécanisme qui libère le lithium et le rubidium en solution et contrôle leurs concentrations dans les saumures géothermales.
Concentrations en rubidium (à gauche) et en lithium (à droite) des saumures géothermales dans le Fossé rhénan.
© BRGM - B. Sanjuan
Chiffrer le potentiel de la région
Les saumures géothermales très chaudes (température supérieure à 150 °C) et salées, qui circulent à plus de 2 500 mètres de profondeur dans le Fossé rhénan, sont ainsi riches en lithium et en rubidium. Elles contiennent, en moyenne, environ 174 milligrammes par litre (mg/l) de lithium et 25 mg/L de rubidium. Ces concentrations comptent parmi les plus élevées du monde, ce qui fait de cette zone une candidate majeure pour une extraction de ces éléments, couplée à la production d’énergie par géothermie profonde.
Les stocks de lithium du Fossé rhénan sont désormais évalués entre 1 million et 16 millions de tonnes de lithium, avec une estimation moyenne à 6,2 millions de tonnes. À titre de comparaison, la production mondiale, en 2023, était de 230 000 tonnes de lithium et pourrait atteindre autour de 800 000 tonnes de lithium par an d’ici à 2031. Le Fossé rhénan pourrait donc représenter une ressource stratégique majeure pour l’Europe.
Les ressources en rubidium, pour leur part, sont évaluées entre 150 000 et 2,3 millions de tonnes, pour une moyenne de 900 000 tonnes. C’est considérable : la production mondiale actuelle est estimée à un peu moins de 8 tonnes par an, ce qui pourrait renforcer l’intérêt économique à exploiter les ressources de la région.
Plusieurs initiatives industrielles, en France et en Allemagne, cherchent déjà à concrétiser ce potentiel pour produire du lithium. En Alsace, des projets pilotes ont permis de produire les premiers kilogrammes à partir d’eau géothermale de la centrale de Rittershoffen en 2022.
D’autres visent à atteindre, d’ici la prochaine décennie, des productions industrielles de plusieurs milliers de tonnes par an. L’ambition est claire : faire de la région Alsace un pôle européen du lithium « bas carbone », produit localement et en complément d’énergies renouvelables.
