Quasi-silencieuse, isolée au milieu des champs du nord de l’Alsace, la centrale de géothermie profonde de Rittershoffen d’Electricité de Strasbourg (ÉS), ne paraît pas bien imposante. C’est pourtant dans un recoin de cette petite installation que l’opérateur régional d’énergies (dont EDF est actionnaire majoritaire) et son partenaire, le groupe minier et métallurgique Eramet, ont installé leur premier pilote industriel d’extraction de lithium géothermal.
Cet appareil, qui prend la forme de trois colonnes métalliques d’un mètre de haut reliées à une cuve et quelques bonbonnes en verre et en plastique par tout un tas de tuyaux et de capteurs, a été inauguré mardi 5 décembre. «Nous voulons extraire le lithium naturellement présent dans les eaux géothermales qui se trouvent sous nos pieds. Et ce en quantité, puisque nous visons 10 000 tonnes par an à horizon 2030» s’enthousiasme le directeur général d’ÉS, Marc Kugler. De quoi équiper 250 000 véhicules par an avec une matière première produite en France, soit grosso modo l’équivalent de 10 à 15% de la consommation française à la fin de la décennie, estiment les porteurs du projet.
Adapter un processus d'extraction directe développé pour l'Argentine
D’une taille modeste, ce pilote est la dernière étape avant le passage à la production industrielle. Il doit capter une centaine de kilos de lithium en six mois, en traitant une petite partie de l’eau salée que l’usine remonte à 168°C depuis les failles dans le granit du fossé rhénan, à plus de 2500 mètres de profondeur, pour en capter la chaleur. Toute l’eau est réinjectée dans le sous-sol alsacien depuis l'usine Rittershoffen, qui prend les calories avec des échangeurs de chaleur et conserve les saumures sur site, via un système de “doublet” comportant un puits de pompage et un autre de réinjection.
Pour atteindre les 10 000 tonnes de lithium mentionnées dans le protocole d'accord signé par Eramet et ÉS en début d’année, il faudra installer de nouveaux puits. Leur localisation n’est pas encore décidée. «Nous étudions toutes les options pour atteindre cette cible, qui correspond à peu près à cinq doublets», dévoile Mohamed Hamdani, le directeur industriel et des relations territoriales du groupe ÉS.
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Production souveraine. Filière courte. Technologie bas carbone. Matériau phare de la transition écologique. Le pari industriel d’Eramet et d’Électricité de Strasbourg a de nombreux avantages, liste Ludovic Donati, qui a pris en main la production de lithium en France d’Eramet après s’être frotté à la transformation numérique du groupe minier. Longtemps concentré sur les métaux pour l’acier inoxydable, Eramet se diversifie désormais vers les métaux de batteries et doit ouvrir sa première usine de carbonate de lithium en Argentine au premier semestre 2024. En France, la décision finale d’investissement est prévue pour fin 2026.
Une usine de raffinage en Alsace
«Notre objectif est de réadapter le procédé industriel d’extraction directe que nous avons développé pour l’Argentine : nous récupérons le lithium sélectivement via un solide actif, et il suffit ensuite d’un rinçage à l’eau pour obtenir du chlorure de lithium concentré», explique Ludovic Donati. Dans les deux cas, Eramet utilise le même solide actif à base d’aluminium, pour lequel il a déposé une dizaine de brevets avec l’Ifpen, qui fonctionne comme une «éponge à lithium».
Deux premiers pilotes dans la région ont permis à Eramet de produire les premiers kilos de lithium français en 2021, et de prouver que malgré la faible concentration du lithium dans les eaux géothermales alsaciennes (il n’y est présent qu’à hauteur de 0,018%), ce dernier peut être récupéré à plus de 90%. Mais la chaleur et la pression des saumures alsaciennes, exploitées à 25 bars, changent la donne par rapport aux conditions plus paisibles de l'Argentine.
Le nouveau pilote, qui sera mis en service au moins six mois, doit permettre de dimensionner les installations industrielles et de s’assurer de la stabilité et de la durabilité du procédé dans le temps. Pas de quoi inquiéter Ludovic Donati qui insiste sur les «bonnes performances» de son matériau (Eramet l'évalue aujourd'hui comme meilleur pour ses cas d'usages que les nombreuses autres solutions existantes, comme celles des start-up française Adionics et Geolith). En Argentine, «notre matériau capture du lithium depuis maintenant trois ans et n’a pas été changé», pointe-t-il.
D’ici fin 2026, Eramet et ÉS prévoient aussi de mener l’étude détaillée du projet et le chantier réglementaire qui encadre les activités minières. De nouveaux modèles numériques doivent optimiser la localisation des futurs puits, et de l’usine de raffinage qui sera nécessaire pour transformer le chlorure de lithium en carbonate de lithium, l’une des formes chimiques utilisable par les industriels des batteries. Eramet prévoit d'installer un pilote dédié au raffinage à Trappes (Yvelines) en 2024, mais l'usine devrait ensuite être installée en Alsace. Mobiliser la chaleur de la géothermie pour alimenter l’usine de raffinage serait alors une voie privilégiée pour diminuer le coût et l’empreinte environnementale du lithium made in France, imaginent les partenaires.
Planche de salut pour la géothermie profonde
Alors qu’en Alsace, l’image de la géothermie profonde a été entamée par une série de séismes imputés aux installations du groupe Fonroche en 2019 (depuis reprises par le groupe Arverne, et toujours à l’arrêt), l’extraction de lithium fait aussi office de planche de salut pour cette industrie. Comme d’autres, le groupe a dû arrêter ses projets en cours autour de Strasbourg, au point que seules les deux centrales alsaciennes construites par ÉS en 2016, à Soultz-sous-Forêts et Rittershoffen, fonctionnent. La première produit de l’électricité, la seconde de la chaleur : 190 MWh thermiques annuels directement envoyés à une usine d’amidon du groupe Roquette via 15 km de conduites souterraines.
D'autres projets sont envisageables, juge ÉS en assurant que ses installations n'ont jamais causé de séismes. Mais dans la majorité des cas «un forage uniquement pour la chaleur ne sera pas viable, ou très difficilement, du point de vue économique», reconnaît le directeur général d’ÉS, Marc Kugler. A l’instar des autres industriels sur le créneau dans la région, comme Lithium de France (une filiale du groupe Arverne, qui a levé 44 millions d'euros en début d'année), ou l’australien Vulcan (qui travaille autour d'une usine de Stellantis à Mulhouse), il voit dans le lithium un moyen de justifier les investissements lourds de la géothermie profonde. «Il ne faut pas se tromper : le lithium est stratégique pour tout le monde», argumente Marc Kugler tout en rappellant pourquoi ÉS se positionne depuis 30 ans sur la chaleur du sous-sol : «en Alsace, nous n'avons pas de vent et peu de soleil. Il faut utiliser les énergies renouvelables qui sont disponibles».
