La plupart du lithium utilisé pour fabriquer les batteries lithium-ion qui alimentent l'électronique moderne provient d'Australie et du Chili. Mais les scientifiques de Stanford disent qu'il y a d'importants gisements dans des sources ici même en Amérique :des supervolcans.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans Communication Nature , les scientifiques détaillent une nouvelle méthode pour localiser le lithium dans les dépôts lacustres supervolcaniques. Les résultats représentent une étape importante vers la diversification de l'offre de ce précieux métal blanc argenté, le lithium étant une ressource stratégique à énergie critique, a déclaré Gail Mahood, co-auteur de l'étude, professeur de sciences géologiques à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement.

« Nous allons devoir utiliser des véhicules électriques et de grosses batteries de stockage pour diminuer notre empreinte carbone, " a déclaré Mahood. " Il est important d'identifier les ressources de lithium aux États-Unis afin que notre approvisionnement ne repose pas sur des entreprises ou des pays uniques d'une manière qui nous expose à des manipulations économiques ou politiques. "

Les supervolcans peuvent produire des éruptions massives de centaines à des milliers de kilomètres cubes de magma - jusqu'à 10, 000 fois plus qu'une éruption typique d'un volcan hawaïen. Ils produisent également de grandes quantités de pierre ponce et de cendres volcaniques qui sont réparties sur de vastes zones. Ils apparaissent comme d'énormes trous dans le sol, connu sous le nom de caldeiras, plutôt que la forme en forme de cône généralement associée aux volcans, car l'énorme perte de magma provoque l'effondrement du toit de la chambre après l'éruption.

Le trou qui en résulte se remplit souvent d'eau pour former un lac - le lac Crater de l'Oregon en est un excellent exemple. Sur des dizaines de milliers d'années, les précipitations et les sources chaudes libèrent le lithium des dépôts volcaniques. Le lithium s'accumule, avec les sédiments, dans le lac de la caldeira, où il se concentre dans une argile appelée hectorite.

L'exploration des supervolcans pour le lithium diversifierait son approvisionnement mondial. Les principaux gisements de lithium sont actuellement extraits de gisements de saumure dans des salines de haute altitude au Chili et de gisements de pegmatite en Australie. Les supervolcans présentent peu de risques d'éruption car ils sont anciens.

« La caldeira est le bassin de dépôt idéal pour tout ce lithium, " a déclaré l'auteur principal Thomas Benson, un récent doctorat à Stanford Earth, qui a commencé à travailler sur l'étude en 2012.

Depuis sa découverte dans les années 1800, le lithium a été largement utilisé dans les traitements psychiatriques et les armes nucléaires. À partir des années 2000, le lithium est devenu le composant majeur des batteries lithium-ion, qui fournissent aujourd'hui une alimentation portable pour tout, des téléphones portables et ordinateurs portables aux voitures électriques. Volvo Cars a récemment annoncé son engagement à ne produire de nouveaux modèles de ses véhicules que sous forme d'hybrides ou d'options alimentées par batterie à partir de 2019, signe que la demande de batteries lithium-ion va continuer à augmenter.

"Nous avons eu une ruée vers l'or, donc on sait comment, pourquoi et où l'or se produit, mais nous n'avons jamais eu de ruée vers le lithium, " Benson a déclaré. "La demande de lithium a dépassé la compréhension scientifique de la ressource, il est donc essentiel que la science fondamentale derrière ces ressources rattrape leur retard. »

Travailler en arrière

Pour identifier quels supervolcans offrent les meilleures sources de lithium, les chercheurs ont mesuré la concentration initiale de lithium dans le magma. Parce que le lithium est un élément volatil qui passe facilement du solide au liquide à la vapeur, il est très difficile à mesurer directement et les concentrations d'origine sont mal connues.

Donc, les chercheurs ont analysé de minuscules morceaux de magma piégés dans des cristaux pendant la croissance dans la chambre magmatique. Ces "inclusions fondantes, " complètement encapsulé dans les cristaux, survivre à la superéruption et rester intact tout au long du processus d'altération. En tant que tel, les inclusions fondues enregistrent les concentrations originales de lithium et d'autres éléments dans le magma. Les chercheurs ont tranché les cristaux hôtes pour exposer ces bulles de magma préservées, qui ont un diamètre de 10 à 100 microns, puis les ont analysés avec la microsonde ionique sensible à haute résolution du laboratoire SHRIMP-RG de Stanford Earth.

"Comprendre comment le lithium est transporté dans les magmas et ce qui fait qu'un centre volcanique s'enrichit en lithium n'a jamais vraiment été fait systématiquement auparavant, " a déclaré Benson.

L'équipe a analysé des échantillons provenant d'une gamme de paramètres tectoniques, y compris le gisement de Kings Valley dans le champ volcanique de McDermitt situé à la frontière Nevada-Oregon, qui a éclaté il y a 16,5 à 15,5 millions d'années et est connu pour être riche en lithium. Ils ont comparé les résultats de ce centre volcanique avec des échantillons du complexe de caldeira de High Rock au Nevada, Sierra la Primavera au Mexique, Pantelleria dans le détroit de Sicile, Yellowstone dans le Wyoming et Hideaway Park dans le Colorado, et déterminé que les concentrations de lithium variaient considérablement en fonction du cadre tectonique du supervolcan.

"Si vous avez beaucoup de magma en éruption, il n'a pas besoin d'avoir autant de lithium pour produire quelque chose qui soit digne d'intérêt économique comme on le pensait auparavant, " a déclaré Mahood. " Vous n'avez pas besoin de concentrations extraordinairement élevées de lithium dans le magma pour former des gisements et des réserves de lithium. "

Améliorer l'identification

En plus d'explorer le lithium, les chercheurs ont analysé d'autres éléments traces pour déterminer leurs corrélations avec les concentrations de lithium. Par conséquent, ils ont découvert une corrélation jusqu'alors inconnue qui permettra désormais aux géologues d'identifier les supervolcans candidats pour les gisements de lithium d'une manière beaucoup plus simple que de mesurer le lithium directement dans les inclusions fondues. Les oligo-éléments peuvent être utilisés comme indicateur de la concentration initiale en lithium. Par exemple, une plus grande abondance de rubidium facilement analysable dans les gisements en vrac indique plus de lithium, alors que des concentrations élevées de zirconium indiquent moins de lithium.

"Nous pouvons essentiellement utiliser la teneur en zirconium pour déterminer la teneur en lithium à environ 100 parties par million, " a déclaré Benson. " Maintenant que nous avons un moyen de trouver facilement plus de ces gisements de lithium, cela montre que ce travail géologique fondamental peut aider à résoudre des problèmes de société, c'est vraiment excitant. »