Le lithium et son marché

Le lithium, métal alcalin, est présent à 20 ppm dans l’écorce terrestre, soit un peu moins que les terres rares les plus abondantes. On le trouve pour moitié dissous sous forme géothermale ou dans les saumures de lacs en partie asséchés – très majoritairement dans les Andes –, et pour moitié inclus dans des roches dures, principalement des feldspaths appelés spodumènes. Actuellement, 86 % du lithium produit dans le monde est incorporé à des batteries, et 7 % est utilisé comme fondant dans les industries du verre et de la céramique pour abaisser les températures de fusion ou de cuisson. Les autres usages sont très divers, la pharmacie n’y figurant qu’à titre anecdotique.

La consommation totale s’est élevée à 164 kt de lithium métal en 2023. La production est souvent exprimée en tonnes de carbonate de lithium (Li₂CO₃) ou d’hydroxyde de lithium (LiOH), composés utilisés par les fabricants de batteries selon les technologies les plus courantes ; les poids moléculaires permettent de calculer que Li₂CO₃ contient 18,9 % de Li et le LiOH en contient 29,1 %.

Les réserves mondiales s’élèvent à 37 000 kt. Environ la moitié se trouve au Chili et en Argentine sous forme de saumure, l’Australie détenant 22 % des réserves et la Chine 11 %. La Bolivie dispose également d’importantes réserves, mais non quantifiées et dont l’exploitation ferait face à des défis importants, notamment politiques et sociaux.

La production mondiale approche actuellement 350 kt par an, et une croissance moyenne annuelle de 13 % de la demande est prévue d’ici 2035. Compte tenu des projets miniers annoncés, il manquerait chaque année près de 200 kt pour satisfaire la demande si la trajectoire du scénario NZE (net zéro émissions) était respectée – et ce, même indépendamment d’une éventuelle pénurie de lithium, tant ce scénario reste incertain. Des prix futurs aléatoires et fluctuants incitent par ailleurs à ne retenir que des projets à forte probabilité de rentabilité.

Aucune technologie identifiée ne pourrait se substituer à celles utilisant le lithium. Les batteries au sodium, moins coûteux et bien plus abondant, affichent des densités d’énergie et des nombres de cycles de chargement inférieurs de près de moitié ; à poids égal, une batterie au lithium peut être dix fois plus puissante.

En Europe, où le nombre de gigafactories de batteries doit passer de 13 en 2025 à 32 en 2030, la demande de lithium devrait croître de 39 % en moyenne annuelle sur cette période, puis de 7 % entre 2030 et 2035.

Imerys, fournisseur de spécialités minérales pour les batteries

Imerys se définit comme un fournisseur mondial de premier plan de spécialités minérales. En 2024, ses productions ont été utilisées par 25 000 clients dans des industries très diverses, pour un chiffre d’affaires de 3,6 milliards d’euros et un EBITDA de 375 millions d’euros.

Imerys fournit déjà les fabricants de batteries, tant en matériaux incorporés – graphite naturel et synthétique, noir de carbone, zircone, mica et carbonate de calcium – qu’en matériaux de process, tels que la diatomite et les réfractaires.

L’intérêt d’Imerys pour le lithium tient à sa présence sous une carrière de kaolin exploitée depuis 1852 au lieu-dit Beauvoir, sur la commune d’Échassières (Allier). Ce site produit également du kaolin pour la porcelaine et d’autres céramiques (30 kt/an), de la félithe (sable séché), fondant pour la laine de verre (30 kt/an), ainsi que de l’étain sous forme d’oxyde (100 t/an).

Le lithium a été découvert à Beauvoir en 1960, puis prospecté par le BRGM dans les années 1980. Imerys a obtenu un permis minier en 2015, renouvelé en 2020, et 40 km de forages ont été effectués depuis 2021.

Ces travaux ont révélé que le gisement est le quatrième plus important au monde en roche dure : 373 Mt de roche mère sont valorisables, un granite contenant du quartz, du feldspath et de la lépidolite (variété de mica porteuse de lithium). Avec une teneur de 1,0 % de Li₂O, le gisement renferme au total 1 740 kt de lithium ; l’étain et le tantale y sont également présents à l’état de traces. À noter que seulement 2 % du lithium produit dans le monde provient de la lépidolite, le seul autre gisement connu se trouvant en Chine.

Les caractéristiques du projet EMILI

L’expérience chinoise n’étant pas transférable en France, notamment en raison d’exigences environnementales très différentes, Imerys doit développer intégralement ses propres procédés d’extraction et de conversion, en minimisant les risques techniques et environnementaux, sans recourir à une technologie de rupture. Soixante-dix personnes travaillent actuellement aux différents aspects du projet.

L’extraction et la concentration du minerai (voir Figure 1) – Une exploitation à ciel ouvert à plusieurs centaines de mètres de profondeur étant environnementalement inacceptable, la mine sera souterraine, accessible par une descenderie. Le plan minier prévoit l’extraction de 69,7 Mt de roche mère sur 46 ans dans la partie sud du gisement : les niveaux supérieurs seront exploités pendant 16 ans, puis les inférieurs pendant 28 ans, afin d’optimiser les investissements.

Pour chacune des deux phases, des chambres d’extraction cubiques d’environ 25 mètres de côté seront creusées, puis comblées en fin d’exploitation par une pâte de stériles, de résidus et de 5 à 8 % de ciment. Un sous-niveau suivant sera alors ouvert au-dessus. La roche abattue sera transportée par camions électriques jusqu’à un concasseur souterrain, puis remontée en surface par convoyeurs.

Afin d’éviter le transport sur une longue distance de 1,3 Mt par an de résidus, la concentration de la roche s’effectuera à Beauvoir dans une usine de 16 ha. La concentration s’effectue en trois étapes : broyage fin de la roche mère ; séparation des minéraux lourds par gravimétrie, qui donnera environ 1 700 t/an d’étain et 300 t/an de tantale sous forme d’oxydes ; puis séparation par flottation de 330 kt/an de concentré de mica des stériles – feldspath et quartz – qui constitueront l’essentiel de la pâte cimentée.

Ce concentré sera acheminé sous forme de pulpe par canalisation sur près de 15 km jusqu’à une station de chargement ferroviaire à Vicq (Allier), où 90 % de l’eau sera séparée et renvoyée à Beauvoir par une canalisation distincte. L’alternative au transport ferroviaire aurait été la circulation de 70 camions par jour.

L’usine de conversion (voir Figure 2) – Le trajet ferroviaire de 65 km aboutira à Saint-Victor, à 4 km au nord de Montluçon, où l’usine sera construite sur une friche industrielle de 43 ha. Alimentée en eau par une station de traitement des eaux usées, elle apportera 500 emplois directs à l’agglomération de Montluçon et environ 1 000 emplois indirects.

La conversion enchaîne six étapes : broyage fin du concentré ; mélange à des réactifs pour former des granulés ; calcination à haute température (950 °C) pour obtenir du sulfate de lithium hydrosoluble ; lixiviation du matériau pour en extraire ce sulfate ; séparation des impuretés ; puis conversion en carbonate de lithium, et enfin en hydroxyde de lithium. L’usine ne rejettera aucun effluent liquide et produira 600 kt de déchets solides, destinés au remblaiement de carrières selon des précautions définies au cas par cas.

Validation des procédés

Pilote de laboratoire – Installé à Beauvoir, il expérimente à l’échelle d’un dix-millième les procédés qui seront employés. Opérationnel depuis juillet 2023, il a fonctionné par campagnes continues de 30 jours couvrant les diverses étapes du processus : 375 tonnes de roche mère traitées, 35 t de mica transformées en sulfate de lithium par calcination, divers traitements de résidus éprouvés, et 600 kg d’hydroxyde de lithium de qualité batterie obtenus.

Usine pilote – Elle sera construite à Saint-Victor au centième de l’échelle commerciale. Durant les six premiers mois, les problèmes non identifiés en laboratoire devront être traités, impliquant d’éventuels ajustements de conception de l’usine commerciale ; cinq clients recevront chacun une tonne de LiOH pour des essais. Ce pilote servira également de démonstrateur auprès des partenaires financiers. Les essais se poursuivront sur dix-huit mois au total, afin de réduire les risques lors de la montée en puissance de l’usine commerciale et de former les opérateurs.

Financement et rentabilité – L’investissement total est estimé à 1,8 milliard d’euros au plus. L’État apportera 50 millions d’euros en capital, complétés par des subventions nationales et européennes, ainsi que par des partenaires privés et des organismes publics, le projet dépassant les capacités financières d’Imerys seul.

Le coût de production du lithium devrait se situer entre 7 et 9 €/kg, pour un prix de vente retenu en moyenne à 20 €/kg dans le business plan. La rentabilité est renforcée par les productions accessoires de valeur non négligeable : l’étain vaut actuellement 23 €/kg et le tantale 250 €/kg.

Aspects environnementaux et réglementaires – La minimisation des nuisances et l’acceptation par les populations riveraines sont une préoccupation constante depuis l’origine du projet. Outre sa conformité aux codes minier, de l’environnement, de l’urbanisme et de l’expropriation, Imerys s’est engagé à adhérer à IRMA (Initiative for Responsible Mining Assurance), ONG internationale qui formalise protocoles et procédures, définit des indicateurs de suivi et prescrit des rapports. Cette adhésion est fortement recommandée par les clients, les institutions financières et les investisseurs.

Reconnu Projet d’intérêt national majeur, EMILI bénéficie d’une procédure accélérée : les collectivités locales confient aux services de l’État l’élaboration des documents d’urbanisme et d’environnement, ce qui facilite l’obtention des autorisations.

Information du public et Commission nationale du débat public (CNDP) – L’information du public a débuté par des rencontres sur le territoire en 2023, suivies du débat public organisé par la CNDP de mars à juillet 2024 – autorité indépendante chargée de garantir le droit de chacun à l’information et à la participation en matière d’environnement. Imerys a mis à disposition un document de 156 pages, organisé 42 rencontres réunissant 3 600 personnes et publié l’intégralité des questions et réponses.

Une équipe dédiée de sept personnes poursuit la concertation, qui se prolongera, conformément aux engagements IRMA, après la mise en service d’EMILI. Les informations sur le projet sont régulièrement mises à jour sur le site emili.imerys.com.

La concertation a conduit à modifier certaines caractéristiques du projet : renonciation à la commercialisation du feldspath, déplacement du site de chargement du concentré de mica, et mise en place de comités de suivi.