Daegan Miller
Des recherches menées par l’UMass Amherst montrent que toutes les eaux ne sont pas égales lorsqu’il s’agit de pratiques durables d’extraction du lithium pour un avenir à faible émission de carbone.
L’un des principaux obstacles à la transition vers une énergie à faible teneur en carbone est lié au lithium, un élément rare indispensable à la fabrication des batteries capables de stocker l’énergie abondante et durable issue des sources renouvelables. Cet élément se trouve à l’état naturel sous forme de sel dans des oasis salées, appelées salares, situées dans certains des environnements les plus hostiles au monde, notamment dans le « triangle du lithium », dans les hauteurs arides de l’Altiplano en Amérique du Sud. L’exploitation minière du lithium risque de déstabiliser des environnements déjà fragiles qui abritent une faune et une flore rares, ainsi que les communautés autochtones qui y vivent depuis longtemps.
Alors que des recherches antérieures menées par l’université du Massachusetts à Amherst ont montré que les chiffres communément acceptés pour quantifier la quantité d’eau pouvant être prélevée dans les salares surestiment la quantité d’eau disponible de plus d’un ordre de grandeur, une étude récente publiée dans Water Resources Research et dirigée par Daniel Corkran, étudiant diplômé de l’UMass Amherst, révèle les mécanismes physiques jusqu’alors inconnus qui régissent l’utilisation durable de l’eau. Elle remet en cause certaines des hypothèses communément admises sur ce qui constitue une extraction durable du lithium.
Tout est question d’emplacement et de densité de l’eau.
« La question qui a vraiment motivé cette étude est au cœur d’un débat entre deux parties différentes dans ces bassins arides », explique M. Corkran. « Certains considèrent les types d’eau disponibles dans ces bassins (eau douce, saumâtre et eau salée contenant du lithium (saumure)) comme une seule et même ressource en eau, ce qui signifie que lorsque les entreprises de lithium pompent d’énormes quantités de saumure dans les salares, elles utilisent une quantité d’eau considérable. Ils affirment que cette utilisation aura un impact considérable sur tous les autres besoins en eau, tant environnementaux qu’humains, auxquels cette eau pourrait être destinée. D’autre part, les entreprises extractrices de lithium ont souligné que la saumure est 200 fois plus salée que l’eau de mer et ne peut donc pas soutenir la vie. Par conséquent, seule l’eau douce de ces salares importe, et comme le lithium n’est pas présent dans les parties d’eau douce des salares, il n’y a pas lieu de s’inquiéter. Compte tenu du fossé qui sépare ces deux conceptualisations et de leurs implications pour l’utilisation durable de l’eau, nous avons décidé de tester les deux hypothèses. »
Pour ce faire, Corkran et ses coauteurs, parmi lesquels figurent des membres du groupe d’hydrogéologie de David Boutt à l’UMass Amherst ainsi que des collaborateurs de l’université d’Alaska Fairbanks et de l’université de Dayton, ont d’abord conçu une série de simulations extrêmement complexes afin de projeter les effets du pompage du lithium et de l’eau douce au cours des 200 prochaines années, dans un large éventail de scénarios climatiques et de contextes géologiques. Ils ont ensuite comparé les résultats de leurs modèles aux données satellitaires provenant de salares situés dans deux régions différentes du triangle du lithium, qui représente plus de la moitié des ressources mondiales en lithium. Chacun de ces salares utilise un mode d’extraction du lithium différent : la technique traditionnelle par évaporation, qui consiste à évaporer la saumure, et l’extraction directe du lithium, ou DLE, qui préserve la saumure mais peut utiliser jusqu’à 200 % d’eau douce en plus.
« Les évaluations systématiques de Corkran ont révélé deux nouveaux processus », ajoute David Boutt, professeur de sciences de la Terre, de géographie et du climat à l’UMass Amherst et auteur principal de l’article.
Le premier concerne l’endroit où les entreprises minières pompent leur eau dans le salar. La conception traditionnelle de la relation entre l’eau et la durabilité veut que l’on ne puisse utiliser de manière responsable que la quantité d’eau qui s’écoule, et qu’il vaut mieux utiliser cette eau nouvelle plutôt que l’eau plus ancienne stockée dans l’aquifère.
Mais les salars sont composés à la fois de parties d’eau douce, situées au bord du bassin près des points où les eaux souterraines douces rechargent les zones humides, et de parties saumâtres au centre du bassin, avec une zone de transition entre les deux. Corkran a découvert que plus une entreprise pompe près de l’eau douce, plus l’impact sur les zones humides du salar est important et plus ses rives reculent rapidement.
« L’eau douce est ce que nous ne devrions pas toucher », précise M. Boutt, qui souligne que l’agriculture locale et les entreprises qui extraient d’autres métaux précieux, tels que le cuivre, ainsi que les nouvelles méthodes DLE de collecte du lithium peuvent avoir un impact disproportionné sur les salars.
« Au lieu de cela, les entreprises devraient pomper l’eau des zones les plus salées qu’elles peuvent trouver », commente M. Corkran.
Ce qui nous amène à l’élément surprenant de cette histoire : la densité.
Pensez à ce qui arrive à l’eau lorsque vous la congelez. Remplissez un bocal en verre d’eau fraîche du robinet, fermez-le hermétiquement, puis placez-le au congélateur pendant la nuit. Lorsque vous le vérifierez le lendemain matin, vous constaterez que le bocal est cassé, car l’eau douce est plus dense que la glace. En gelant, l’eau s’est dilatée, gagnant en volume, perdant en densité et fissurant le bocal, même si le nombre de molécules d’eau dans le bocal est resté le même.
Un phénomène similaire se produit dans les salars.
L’eau salée est plus dense que l’eau douce. À poids égal, elle occupe moins d’espace dans le salar. Cela signifie que lorsque les sociétés minières pompent de l’eau salée dense et en faible volume, l’effet sur les niveaux d’eau est atténué. Mais si elles pompent de l’eau douce moins dense et en grand volume, l’effet sur les niveaux d’eau est amplifié.
En d’autres termes, on peut pomper plus d’eau salée avec moins d’effet, mais si on pompe de l’eau douce, les zones humides du salar qui dépendent des eaux souterraines semblent fondre.
Corkran et ses collègues ont confirmé cette conclusion en effectuant des mesures dans deux zones humides situées dans différents salars : la zone de décharge diffuse sud de Tumisa dans le Salar de Atacama et le Rio Trapiche Vega dans le Salar del Hombre Muerto.
« Tout cela signifie, explique Boutt, que nous n’avons pas à nous inquiéter outre mesure du pompage de la saumure. Mais nous devons être très prudents avec toute utilisation d’eau douce, que ce soit pour l’exploitation minière, l’agriculture ou toute autre utilisation. Et si nous décidons d’aller de l’avant avec la technologie DLE pour le lithium, nous devons répondre à ses besoins en eau douce. »
Article : « Density Constrains Environmental Impacts of Fluid Abstraction in Closed‐Basin Lithium Brines » – DOI : 10.1029/2024WR039511
Source : U. Mass
