- Alors que la demande en batteries pour véhicules électriques augmente, une étude menée par l’USGS estime que les saumures de la formation Smackover, dans le sud-ouest de l’Arkansas, pourraient contenir entre 5 et 19 millions de tonnes de lithium
- Si une récupération commerciale est possible, ce volume pourrait couvrir plus de 9 fois les prévisions de demande mondiale de lithium pour les batteries automobiles en 2030
- L’équipe de recherche a combiné l’analyse d’échantillons d’eau et le machine learning pour créer une carte de répartition du lithium, y compris dans des zones où il n’existait pas d’échantillons antérieurs
- Ce chiffre correspond à une évaluation de la quantité présente sur site et n’évalue pas encore la quantité réellement récupérable avec les technologies récentes d’extraction du lithium à partir de saumures
- S’il devient possible d’extraire du lithium des flux de déchets salins issus de la production de pétrole et de gaz, cela pourrait avoir un impact direct sur la dépendance des États-Unis aux importations et sur les débats autour de la chaîne d’approvisionnement des batteries
Potentiel en lithium de la formation Smackover en Arkansas
- Une étude dirigée par l’USGS estime que les saumures souterraines de la formation Smackover, dans le sud-ouest de l’Arkansas, contiennent entre 5 et 19 millions de tonnes de lithium
- Si ce lithium peut être récupéré à l’échelle commerciale, il pourrait couvrir plus de 9 fois les prévisions de demande mondiale de lithium pour les batteries automobiles en 2030
- Selon l’USGS, le lithium remontant à la surface dans le sud de l’Arkansas avec le pétrole et les flux de déchets salins pourrait, à lui seul, satisfaire la consommation américaine de lithium actuellement estimée
- Même l’estimation basse de 5 millions de tonnes dépasse de plus de 9 fois les prévisions de l’International Energy Agency pour la demande mondiale de lithium liée aux véhicules électriques en 2030
Méthode de recherche et données
- L’étude a été menée en coopération entre l’USGS et l’Office of the State Geologist, rattaché à l’Arkansas Department of Energy and Environment
- Le laboratoire USGS Brine Research Instrumentation and Experimental lab a analysé des échantillons de l’Arkansas et les a comparés à des données historiques d’échantillons d’eau issues de la production d’hydrocarbures
- Les données de comparaison proviennent de la USGS Produced Waters Database
- Le modèle de machine learning a combiné la concentration en lithium des saumures et des données géologiques pour produire une carte prédisant la concentration totale de lithium sur l’ensemble de la région
- Les zones sans échantillons de lithium ont aussi été incluses dans les prédictions
- Les résultats ont été publiés dans Science Advances, et l’article est disponible ici : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8149
Contexte géologique et limites de la récupérabilité
- La formation Smackover est une trace d’ancienne mer : cette unité géologique de calcaire poreux et perméable s’étend sous certaines parties de l’Arkansas, de la Louisiane, du Texas, de l’Alabama, du Mississippi et de la Floride
- Cette formation s’est constituée durant la période géologique du Jurassique et est connue pour ses gisements de pétrole et de brome
- Plus récemment, elle attire aussi l’attention pour le potentiel en lithium de ses saumures, des eaux très salines associées à de profonds dépôts de sel
- Cette estimation est la première à quantifier le lithium total dissous présent dans la formation Smackover du sud-ouest de l’Arkansas
- La chercheuse Katherine Knierim a précisé que ce chiffre constitue une évaluation de la quantité présente sur site et qu’il ne calcule pas la quantité techniquement récupérable à l’aide des méthodes récentes d’extraction du lithium des saumures
Approvisionnement américain en lithium et contexte des minéraux critiques
- Le lithium est un minéral critique indispensable à la production de batteries, et la demande devrait continuer à croître avec l’accélération de la transition vers les véhicules électriques et hybrides
- Les États-Unis dépendent des importations pour plus de 25 % de leur lithium
- David Applegate, directeur de l’USGS, a déclaré que le lithium est un minéral clé de la transition énergétique et que l’augmentation de la production domestique aux États-Unis a des implications en matière de substitution aux importations, d’emploi, de fabrication et de résilience de la chaîne d’approvisionnement
- Depuis 1879, l’USGS fournit des informations scientifiques sur la géologie, l’énergie et les ressources minérales, et suit la production, la demande et les importations de lithium aux États-Unis dans le cadre de son rôle de maintien de la List of Critical Minerals au niveau fédéral, conformément à l’Energy Act of 2020
1 commentaires
Avis de Hacker News
La section méthodologie de l’article donne un peu plus de détails sur l’algorithme de machine learning utilisé.
Pour prédire la concentration en lithium dans les saumures de la formation de Smackover à travers le sud de l’Arkansas, ils ont créé un modèle de machine learning RF, associé des variables explicatives aux échantillons de saumure prélevés dans des puits, ajusté RF pour les prédictions à l’échelle des puits et l’évaluation des performances, puis produit une carte spatialement continue des concentrations en lithium sur l’ensemble de l’unité Reynolds oolite de la formation de Smackover, avant d’examiner l’importance et l’effet des variables.
Pour le réglage initial, ils ont testé XGBoost, les k plus proches voisins et les forêts aléatoires avec le framework tidymodels de R ; les forêts aléatoires ont montré de façon constante une meilleure précision et un biais plus faible, et ont donc été utilisées pour le modèle final. Si XGBoost avait été correctement réglé, il aurait sans doute donné des résultats similaires, donc il est intéressant que les forêts aléatoires s’en sortent mieux.
Dans ce domaine, en raison d’une longue histoire et d’hyperparamètres comme l’anisotropie spatiale, le krigeage/cokrigeage, c’est-à-dire les processus gaussiens, est plus couramment utilisé. Mais le krigeage gère assez difficilement les entrées discontinues, alors que les forêts aléatoires sont bien plus tolérantes. Il n’est pas nécessaire de construire un modèle de covariance pour les valeurs discrètes, ni un modèle de covariance pour les relations entre les variables d’entrée.
Il y a quelques jours encore, on parlait de "Why do Random Forests Work? Understanding Tree Ensembles as Self-Regularizing Adaptive Smoothers".
https://arxiv.org/abs/2402.01502
https://news.ycombinator.com/item?id=41873968
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_forest
Cela dit, en pratique, même sur de petits jeux de données bruités, c’est généralement la tendance que l’on observe. Avec un meilleur réglage, XGBoost aurait probablement quand même gagné. L’article indique que les auteurs ont choisi un ensemble d’hyperparamètres non optimal par crainte du surapprentissage ; avec la même logique, ils ont peut-être aussi choisi une famille de modèles non optimale.
Le Nevada possède aussi d’importants gisements de lithium, et leur exploitation est en préparation.
General Motors a investi 650 millions de dollars pour obtenir un accès garanti à la production de Thacker Mine. Le site se trouve dans une caldeira montagneuse qu’évite l’I-80 en passant par Winnemuca, dans le Nevada ; la ville la plus proche est Mill City, NV, qui est indiquée comme ville fantôme malgré sa proximité avec l’I-80 et une grande ligne ferroviaire.
Le site minier se trouve à environ 12 km de Mill City, le long d’une route non goudronnée qui n’apparaît pas dans Google Street View. Sur Google Earth, on voit des traces de développement près de Mill City, qui ressemblent à un parc de mobil-homes et à une station-service pour poids lourds. La route menant à la mine semble avoir été récemment nivelée, mais il n’y a encore rien sur le site minier.
Comme emplacement de mine, c’est correct. Il n’y a pas de voisins à moins de 10 km au minimum, et l’accès à une bonne route et au chemin de fer se trouve à moins de 15 km.
https://en.wikipedia.org/wiki/Thacker_Pass_lithium_mine
« Pour arrêter les sables bitumineux, il faut réellement arrêter les sables bitumineux, pas faire exploser une montagne ailleurs en espérant que cela mène à la fin des sables bitumineux. »
https://maxwilbert.substack.com/p/the-long-shadow-of-the-tar-sands
Si l’on cherche Thacker Mine sur Google Maps, on obtient 40.58448942010599, -117.8912129833345, près de l’I-80 et de Mill City comme indiqué, et il n’y a rien. Mais Wikipédia indique 41.70850912415866, -118.05475061324945 dans la McDermitt Caldera, ce qui n’est pas du tout proche de Mill City ni de l’I-80. Sur ce point, mieux vaut probablement ne pas faire confiance à Google.
À court terme, ce sera sans doute une bonne nouvelle pour les infrastructures énergétiques, mais l’idée de devoir éventrer de vastes étendues de terrain pour obtenir la matière première me met toujours mal à l’aise
Il est aussi intéressant de voir dans quelle mesure ils ont pu modéliser tout cela à partir des données de saumures d’eaux usées d’autres industries de la région ; et si l’on finit réellement par extraire du lithium, cela en dira long sur la justesse des prédictions par machine learning
Le point que je n’ai pas pu éclaircir, faute de temps pour lire l’article original, c’est quelle méthode serait nécessaire pour extraire l’essentiel des réserves estimées. Si le traitement de la saumure suffit, il pourrait être plus facile d’en maîtriser les externalités que de commencer par enlever toute la couche de recouvrement en mine à ciel ouvert
Donc, en passant aux renouvelables et aux batteries, le volume net d’extraction pourrait au contraire diminuer. Bien sûr, il est important d’extraire le lithium proprement et de manière responsable, surtout à proximité de zones habitées. Mais comparé aux autres matières que nous extrayons déjà à des échelles bien plus grandes, même toute l’extraction future de lithium ne représenterait qu’une goutte d’eau dans l’océan
En plus, le lithium extrait peut être utilisé et recyclé à répétition. Une fois intégré au cycle, il continuera d’être réutilisé. Si l’on tient compte des progrès des technologies de batteries et des procédés de production, la quantité actuellement en circulation pourrait probablement fournir une capacité de batteries plus importante lorsqu’elle sera recyclée plus tard. Même en tenant compte des pertes inévitables au recyclage
Les procédés de recyclage du lithium fonctionnent déjà bien, mais la plupart des batteries au lithium actuellement utilisées sont encore très récentes et loin de leur fin de vie, si bien que le recyclage à grande échelle reste rare. En fait, l’amélioration de la durée de vie des batteries repousse de plus en plus le moment où ce recyclage massif deviendra nécessaire
La méthode d’extraction dépend fortement de la composition du gisement, du fait qu’il s’agisse de saumure ou d’une autre forme, et des autres substances présentes. Les saumures contenant de petites quantités de lithium, les compositions rocheuses, les argiles, etc., sont extrêmement variées
Il s’agit d’extraction de saumure ; autrement dit, la « mine » est essentiellement un puits d’eau profond. Le lithium n’est pas dans le calcaire lui-même, mais relativement concentré dans l’eau contenue dans les pores du calcaire
Dans la plupart des cas, la production existante de pétrole et de gaz extrait déjà de la saumure de la formation de Smackover, mais après séparation du pétrole, cette saumure est réinjectée. L’idée est qu’il vaudrait mieux la conserver, la faire évaporer et l’utiliser pour produire du lithium
En général, il faut de grands bassins d’évaporation, mais ce n’est pas une mine à ciel ouvert
Je me demande si vous ressentez la même crainte pour l’aluminium, le fer, le liquide vaisselle ou le sel de table. En termes d’échelle, toutes les mines de lithium existantes et proposées sont minuscules selon les standards miniers
Je ne sais pas si le lithium est si rare que cela au point d’être fondamentalement critique. J’ai lu que la Salton Sea pourrait contenir assez de lithium pour couvrir plusieurs années de demande
D’après ce que j’observe, l’enjeu n’est pas la présence de lithium, mais la manière de le transformer à bas coût en produit commercial. Pour la plupart des usages, cela revient finalement à l’extraire là où il n’y a pas de réglementation environnementale
Je travaille dans ce secteur, plus précisément dans l’extraction en roche dure
L’approvisionnement en lithium lui-même n’est pas un problème. Il y en a beaucoup en Australie, et le marché est même en surcapacité. Il suffit de regarder le prix actuel du lithium
Le vrai problème, c’est l’étape de conversion. La plupart des usines sont en Chine. Si l’on construit des raffineries pour le transformer en carbonate de lithium, l’Australie fournira la matière première
Avec tous ces minerais et tout ce soleil, c’est une excellente combinaison. Merci à Saul Griffith
J’espère qu’il n’y aura pas d’extraction dans le Mobile Basin. C’est l’un des écosystèmes à la plus forte biodiversité d’Amérique du Nord
https://www.youtube.com/watch?v=8j9coyJeB4Q
Le reboisement mondial est presque entièrement le résultat du passage des foyers, au XXe siècle, du bois au charbon
Il est temps de comprendre que la Pax Americana est peut-être une époque que nous pourrions perdre, et de relancer l’extraction et le développement
Ah, l’autocorrélation spatiale, ma vieille amie
Très beau travail, mais en général on ne construit pas les modèles de potentiel de cette façon. Plus exactement, on ne les valide plus comme ça aujourd’hui. Cela dit, c’est agréable de voir l’USGS remettre un pied dans ce domaine. L’USGS et la GSC en ont longtemps été les chefs de file, mais ils avaient laissé tomber ces cinq à sept dernières années
Si l’on découvrait tellement de lithium qu’il devenait pratiquement gratuit, le coût des batteries baisserait-il fortement ? L’approvisionnement en lithium limite-t-il aujourd’hui la production ?
Si la Chine est en tête dans ce domaine, ce n’est pas parce qu’elle en possède en abondance ni parce que sa technologie serait extraordinaire, mais parce qu’elle est prête à ignorer totalement les externalités environnementales, y compris celles liées à la production d’électricité nécessaire à l’ensemble du procédé. C’est pourquoi le prix du lithium chinois est bas, et les pays qui ne disposent pas d’« avantages » similaires ou d’une technologie nouvelle et impressionnante ont en pratique du mal à rivaliser.
Aux États-Unis, les réglementations environnementales, le coût de production de l’électricité et le coût de la main-d’œuvre feraient tous grimper le prix du produit final, au point de le rendre totalement non compétitif. C’est pourquoi les États-Unis et certains autres pays investissent aussi dans d’autres méthodes pour trouver du lithium et d’autres ressources au fond des océans, en espérant que les coûts d’extraction soient plus faibles. Bien sûr, la menace pour l’environnement marin est préoccupante, et si cela entraîne de nouvelles réglementations, les prix pourraient à nouveau augmenter.
Pour preuve, il existe déjà sur le marché des batteries sodium-ion, mais même si elles utilisent globalement la même infrastructure, elles ne sont pas encore compétitives en prix. Elles ont du potentiel. L’un de leurs avantages importants est qu’on peut les décharger en toute sécurité jusqu’à 0 V pour le stockage et le transport.
Il ne faut pas oublier les coûts de transport, de stockage et de raffinage.
Franchement, le problème de l’énergie est presque résolu avec les technologies dont nous disposons déjà. Il suffit d’accélérer leur adoption pour repousser fortement les énergies fossiles. L’Allemagne étant l’exception. Nous disposons déjà de grandes réserves d’uranium, dont il faut peu pour faire tourner des centrales, de technologies de batteries au lithium pour stocker l’électricité, et de panneaux solaires produits et déployés en masse pour combler les manques. Ce qu’il faut, c’est relier tous ces éléments et faire en sorte que ces ressources fonctionnent bien ensemble.
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Un travail similaire a aussi été mené au Canada : https://www.juniorminingnetwork.com/junior-miner-news/press-releases/1940-tsx-venture/lmr/106571-bourier-lithium-project-update-lomiko-metals-and-critical-elements-report-discoveries-and-identify-lithium-targets-for-exploration-using-goldspot-discoveries-artificial-intelligence-methods.html