Lithium et rubidium : et si l’Europe s’approvisionnait en métaux stratégiques dans la vallée du Rhin ?

Source: The Conversation – France (in French) – By Bernard Sanjuan, Géochimiste, BRGM

Le sous-sol du Fossé rhénan pourrait devenir une ressource stratégique majeure pour l’Europe. 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.

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.

Le Fossé rhénan (URG sur la carte) se situe entre Bâle et Francfort.
San Jose, CC BY-SA

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.

Dans une étude récemment publiée, nous proposons une nouvelle estimation de ce potentiel ainsi qu’une mise à jour des connaissances quant au fonctionnement du système géothermique produisant ces éléments. Les résultats sont très encourageants, même s’ils demandent encore à être confirmés. Par ailleurs, des défis technologiques et environnementaux doivent encore être relevés, ce qui sera essentiel pour gagner la confiance des politiques et des riverains.

Des ressources naturellement présentes

Carte géologique de la région.
Sanjuan et al. 2026, Fourni par l’auteur

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.

Ces saumures, qui se sont ensuite infiltrées dans le sous-sol, circulent aujourd’hui dans les principaux réservoirs géothermiques gréseux (Permien, Trias) et granitiques (Carbonifère) profonds.

Comment ces métaux se retrouvent dans les eaux géothermales ?

D’après leur composition chimique et isotopique, ces saumures semblent être à l’équilibre chimique avec les roches des réservoirs gréseux, mais restent en interaction avec les réservoirs granitiques.

Pour la plupart d’entre elles, les températures d’équilibre chimique sont estimées à environ 225 °C (± 25 °C), ce qui est compatible avec une provenance des saumures du centre du Fossé rhénan. En effet, les réservoirs gréseux peuvent y atteindre des profondeurs supérieures à 4 ou 5 kilomètres, avec des températures de plus de 200 °C.

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.

L’illite est un groupe de minéraux argileux qui ne gonflent pas.
USGS

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.

Sur la base de ces résultats et des données de la littérature, nous proposons un modèle conceptuel révisé pour décrire le fonctionnement du système géothermique qui produit ces éléments. L’explication la plus réaliste est que ces saumures géothermales, portées jusqu’à des températures de l’ordre de 225 °C, proviendraient du centre du Fossé rhénan. Leur migration vers les bordures extérieures est et ouest de ce fossé serait permise par la circulation dans les grès et le granite, à travers un réseau complexe de failles et de fractures qui reste encore mal connu.

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.

À partir de différents scénarios de calcul (pessimiste, moyen et optimiste) fondés sur des hypothèses simplifiées et avec les connaissances de l’époque (comme le choix de la superficie considérée pour faire l’estimation ou bien encore l’absence de prise en compte de la contribution en lithium des saumures géothermales du socle granitique, méconnue à l’époque), le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) avait estimé, en 1991, les ressources en lithium comprises entre 0,3 million et 2,2 millions de tonnes, soit environ un million de tonnes en moyenne.

Concentrations en rubidium (à gauche) et en lithium (à droite) des saumures géothermales dans le Fossé rhénan.
Sanjuan et al. 2026, Fourni par l’auteur

Nous avons mis à jour ces estimations en tenant compte des nouvelles données et connaissances acquises, et notamment en y ajoutant la contribution potentielle de lithium provenant des saumures géothermales du socle granitique.

Ceci a permis de réviser ces calculs à la hausse : 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.

Vers une extraction durable dans le temps ?

Un des points forts de cette approche est qu’elle repose sur un système d’exploitation déjà en fonctionnement : les centrales géothermiques. Concrètement, l’eau chaude y est pompée, exploitée pour produire de l’énergie, puis réinjectée dans le sous-sol.

Il serait possible d’y ajouter une étape d’extraction spécifique au lithium – voire au rubidium – avant la réinjection sans trop modifier le modèle initial d’exploitation.

Nos résultats sont plutôt encourageants et montrent qu’une telle exploitation pourrait être durable dans le temps, pour plusieurs raisons :

avec une vingtaine de puits géothermiques déjà en activité, on estime que 3 000 à 9 000 tonnes de lithium par an pourraient être produites. Cela correspond à 25-50 % des besoins français à l’horizon 2035, qui sont évalués à un maximum de 19 000 tonnes de lithium par an ;
à moyen terme, les différents exemples de simulation réalisés dans la littérature montrent que la production de lithium devrait rester relativement stable sur plusieurs décennies ;
à plus long terme, ces ressources ne devraient pas connaître d’épuisement rapide. L’exploitation pourrait durer plusieurs centaines, voire quelques milliers d’années.

Premiers projets et plusieurs défis majeurs

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.

D’ici là, il reste plusieurs défis à relever :

d’abord des défis techniques liés à la nature du sous-sol. Pour éviter les échecs industriels, il s’agit de trouver les zones les plus productives. Pour cela, il faudra encore améliorer notre compréhension de la circulation profonde des fluides, qui peut varier fortement d’un site à l’autre du Fossé rhénan ;
puis des défis industriels. Il reste encore à améliorer les technologies d’extraction directe du lithium (DLE). La technologie en est aujourd’hui à l’étape des démonstrateurs, il s’agit, désormais, de passer à une production à l’échelle industrielle ;
les défis sont enfin d’ordre environnemental et sociétal. Le risque de séismicité induite, qui existe déjà avec la géothermie profonde, est l’un des principaux obstacles. Il sera essentiel de le maîtriser pour obtenir l’adhésion des populations locales et des autres parties prenantes.

En bref, la géothermie dans le Fossé rhénan pourrait bientôt devenir une source clé de lithium voire de rubidium en Europe, mais l’aventure ne fait que commencer.

Romain Millot, directeur scientifique de Lithium de France, et Albert Genter (Genter Geothermal), également co-auteurs de la publication scientifique décrite, ont participé à l’écriture de cet article.

Ces travaux ont été menés dans le cadre des projets ANR-GLITER, PEPR-Sous-sol et ANR-22-EXSS-0010, soutenus par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Bernard Sanjuan a reçu des financements de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) via les projets ANR-GLITER (ANR-22-CE50-0027) et PC9 – Géothermie Profonde dans le Fossé rhénan du PEPR Sous-Sol, Bien commun (ANR-22-EXSS-0010).

Catherine Lerouge a reçu des financements de l’ANR via les projets ANR-GLITER (ANR-22-CE50-0027) et PC9 – Géothermie Profonde dans le Fossé rhénan du PEPR Sous-Sol, Bien commun (ANR-22-EXSS-0010) et de l’ADEME.

Chrystel Dezayes a reçu des financements de l’ANR, de l’ADEME et de l’Union européenne

– ref. Lithium et rubidium : et si l’Europe s’approvisionnait en métaux stratégiques dans la vallée du Rhin ? – https://theconversation.com/lithium-et-rubidium-et-si-leurope-sapprovisionnait-en-metaux-strategiques-dans-la-vallee-du-rhin-285624