Du lithium supervolcanique ? // Supervolcanic lithium ?

La majeure partie du lithium utilisé pour fabriquer les batteries lithium-ion qui alimentent les appareils électroniques modernes provient d’Australie et du Chili. Toutefois, les scientifiques de l’Université de Stanford pensent qu’il existe d’importantes réserves de lithium au sein des super volcans américains. Dans une étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs détaillent une nouvelle méthode de localisation du lithium dans les dépôts de lacs laissés par ces super volcans.
Comme les gens vont utiliser de plus en plus de véhicules électriques et des batteries de plus en plus puissantes pour réduire l’empreinte carbone, il est important que États-Unis identifient leurs propres ressources en lithium afin de ne pas s’approvisionner uniquement chez des entreprises ou des pays étrangers.
Les super volcans connaissent des éruptions capables de produire des centaines à milliers de kilomètres cubes de magma. Ils produisent également de grandes quantités de pierre ponce et de cendres volcaniques réparties sur de vastes zones. Ces super éruptions laissent derrière elles des caldeiras qui se remplissent souvent d’eau pour former un lac, comme Crater Lake dans l’Oregon. Pendant les dizaines de milliers d’années qui suivent ces éruptions, les précipitations et les sources d’eau chaude font ressortir le lithium des dépôts volcaniques. Le lithium s’accumule, en même temps que les sédiments, au fond du lac de la caldeira où il se concentre dans une argile appelée hectorite.
L’exploration des super volcans à la recherche du lithium permettrait de diversifier l’approvisionnement à l’échelle de la planète. Les principaux gisements de lithium sont actuellement exploités à partir de la saumure dans des salars à haute altitude au Chili et dans des gisements de pegmatite en Australie. [voir ma note du 12 mai 2017]
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, il est devenu le composant principal des batteries lithium-ion qui fournissent aujourd’hui l’énergie à toutes sortes d’appareils, depuis les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables jusqu’aux voitures électriques. Volvo Cars a récemment annoncé son engagement à ne produire que des nouveaux modèles de véhicules hybrides ou alimentés par des batteries à partir de 2019, signe que la demande de batteries lithium-ion continue d’augmenter.
Pour identifier les super volcans qui offrent les meilleures sources de lithium, les chercheurs ont mesuré la concentration initiale de lithium dans le magma. Comme le lithium est un élément volatil qui passe facilement de l’état solide à l’état liquide puis gazeux, il est très difficile de le mesurer directement et les concentrations d’origine sont peu connues. C’est pourquoi les chercheurs ont analysé de minuscules morceaux de magma piégés dans des cristaux pendant leur croissance dans la chambre magmatique. Ces «inclusions fluides» encapsulées dans les cristaux survivent à la super éruption et restent intactes tout au long du processus d’altération. En tant que tel, les inclusions fluides enregistrent les concentrations initiales de lithium et d’autres éléments dans le magma. Les chercheurs ont fait des lamelles avec  les cristaux pour faire apparaître ces petites poches de magma intact qui ont un diamètre de 10 à 100 microns. Ils les ont ensuite analysées dans un laboratoire de haute technologie à l’Université de Stanford.
Les chercheurs ont analysé des échantillons provenant d’une série de contextes tectoniques comme le dépôt de Kings Valley dans le champ volcanique de McDermitt  à la limite entre le Nevada et l’Oregon, dont l’éruption remonte entre16,5 et 15,5 millions d’années, et est connu pour être riche en lithium. Ils ont comparé les résultats de ce site volcanique à des échantillons en provenance du complexe de l’High Rock Caldera au Nevada, la Sierra la Primavera au Mexique, Pantelleria en Sicile, Yellowstone dans le Wyoming et Hideaway Park dans le Colorado. Ils ont conclu que les concentrations de lithium variaient considérablement en fonction du contexte tectonique du super volcan.
En plus de leur recherche du lithium, les chercheurs ont analysé d’autres éléments traces pour déterminer leur corrélation avec les concentrations de lithium. Au final, ils ont découvert une corrélation précédemment inconnue qui permettrait aux géologues d’identifier les super volcans susceptibles d’héberger des dépôts de lithium beaucoup plus facilement qu’en mesurant le lithium directement dans les inclusions fluides. En effet, les éléments traces peuvent servir de révélateur sur la concentration initiale en lithium. Par exemple, une plus grande concentration de rubidium, facilement analysable dans les dépôts, indique qu’il y a plus de lithium, alors que de fortes concentrations de zirconium indiquent qu’il existe moins de lithium.
Source: Université de Stanford.

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Most of the lithium used to make the lithium-ion batteries that power modern electronics comes from Australia and Chile. But Stanford University scientists say there are large deposits in America’s supervolcanoes. In a study published in Nature Communications, researchers detail a new method for locating lithium in supervolcanic lake deposits.

As people will use electric vehicles and large storage batteries to decrease the carbon footprint, it is important for the U.S. to identify its own lithium resources in order not to only rely on foreign companies or countries.

Supervolcanoes can produce massive eruptions of hundreds to thousands of cubic kilometres of magma. They also produce vast quantities of pumice and volcanic ash that are spread over wide areas. They appear as huge calderas that often fill with water to form a lake, like Crater Lake in Oregon. Over tens of thousands of years, rainfall and hot springs leach out lithium from the volcanic deposits. The lithium accumulates, along with sediments, in the caldera lake, where it becomes concentrated in a clay called hectorite.

Exploring supervolcanoes for lithium would diversify its global supply. Major lithium deposits are currently mined from brine deposits in high-altitude salt flats in Chile and pegmatite deposits in Australia. [see may note of 12 May 2017]

Since its discovery in the 1800s, lithium has largely been used in psychiatric treatments and nuclear weapons. Beginning in the 2000s, lithium became the major component of lithium-ion batteries, which today provide portable power for everything from cellphones and laptops to electric cars. Volvo Cars recently announced its commitment to only produce new models of its vehicles as hybrids or battery-powered options beginning in 2019, a sign that demand for lithium-ion batteries will continue to increase.

To identify which supervolcanoes offer the best sources of lithium, researchers measured the original concentration of lithium in the magma. Because lithium is a volatile element that easily shifts from solid to liquid to vapour, it is very difficult to measure directly and original concentrations are poorly known. So, the researchers analyzed tiny bits of magma trapped in crystals during growth within the magma chamber. These “melt inclusions,” completely encapsulated within the crystals, survive the supereruption and remain intact throughout the weathering process. As such, melt inclusions record the original concentrations of lithium and other elements in the magma. Researchers sliced through the host crystals to expose these preserved magma blebs, which are 10 to 100 microns in diameter, then analyzed them in a high technology laboratory at Stanford University.

The researchers analyzed samples from a range of tectonic settings, including the Kings Valley deposit in the McDermitt volcanic field located on the Nevada-Oregon border, which erupted 16.5 to 15.5 million years ago and is known to be rich in lithium. They compared results from this volcanic centre with samples from the High Rock caldera complex in Nevada, Sierra la Primavera in Mexico, Pantelleria in the Strait of Sicily, Yellowstone in Wyoming and Hideaway Park in Colorado, and determined that lithium concentrations varied widely as a function of the tectonic setting of the supervolcano.

In addition to exploring for lithium, the researchers analyzed other trace elements to determine their correlations with lithium concentrations. As a result, they discovered a previously unknown correlation that will now enable geologists to identify candidate supervolcanoes for lithium deposits in a much easier way than measuring lithium directly in melt inclusions. The trace elements can be used as a proxy for original lithium concentration. For example, greater abundance of easily analyzed rubidium in the bulk deposits indicates more lithium, whereas high concentrations of zirconium indicate less lithium.

Source: Stanford University.

Le lithium sera-t-il un jour extrait des sédiments au fond de Crater Lake? Il faut espérer que l’appât du gain ne viendra pas souiller ce site superbe. (Photo: C. Grandpey)

 

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