Saumure et géothermie : comment une même ressource peut servir deux objectifs énergétiques ?
La transition énergétique impose un double défi : produire davantage d’énergie propre tout en sécurisant l’approvisionnement en minéraux critiques indispensables aux technologies bas-carbone. Lithium pour les batteries, manganèse et terres rares pour l’éolien et les moteurs électriques : ces matériaux sont devenus aussi stratégiques que les sources d’énergie elles-mêmes.
Dans certains contextes géologiques, une même ressource souterraine permet de répondre simultanément à ces deux impératifs. Les saumures géothermales, fluides chauds circulant en profondeur et pouvant contenir jusqu’à 30 % de solides dissous [1] , offrent la possibilité de produire de l’électricité tout en extrayant des minéraux critiques dans un même circuit de forage.
La saumure géothermale constitue ainsi un modèle intégré. Une seule ressource peut soutenir à la fois une chaîne de valeur énergétique et une chaîne de valeur minérale.
La géothermie : une énergie du sous-sol à multiples visages
La géothermie repose sur l’exploitation de la chaleur naturelle contenue dans le sous-sol terrestre afin de produire de l’électricité, de la chaleur ou une combinaison des deux. Selon le rapport de l'AIE mis en avant par l'EGEC (European Geothermal Energy Council), cette ressource présente un potentiel étendu qui dépasse largement la seule production électrique. Elle contribue également au chauffage et au refroidissement des bâtiments, au stockage thermique et, dans certains contextes, à la récupération de matières premières telles que le lithium. C’est cette capacité à valoriser les fluides géothermaux non seulement pour leur chaleur, mais aussi pour leur contenu minéral, qui constitue le point central du présent article.
Pour aller plus loin :
Qu'est-ce que la saumure géothermale ?
Le forage en profondeur dans des zones à fort gradient thermique met fréquemment en évidence un fluide particulier : la saumure géothermale. Bien plus qu’une simple eau chaude salée, cette solution résulte de millions d’années d’interactions entre l’eau et les formations rocheuses profondes.
Définition et origine géologique
Une saumure se définit comme une eau fortement minéralisée dont la concentration en sels dissous dépasse largement celle de l’eau de mer. Dans un contexte géothermique, il s’agit d’une eau souterraine ayant séjourné durant de longues périodes en contact étroit avec des roches profondes, sous des conditions de température élevée et de pression importante.
C'est précisément ce processus géologique d'interaction prolongée entre l'eau et la roche — à grande profondeur et à température élevée — qui confère à la saumure géothermale sa composition chimique particulièrement riche [5]. Des travaux menés notamment par l’Idaho National Laboratory et l’Université Stanford indiquent que ces saumures, issues d’interactions eau-roche de long terme à haute température, contiennent des composants chimiques incluant des matières premières critiques et stratégiques telles que le lithium, le manganèse et la silice, à des concentrations et à des débits pouvant permettre une récupération économiquement envisageable [5].
Caractéristiques physiques et chimiques
Plusieurs paramètres permettent de caractériser ces fluides. Le TDS (Total Dissolved Solids, ou teneur totale en solides dissous) correspond à la quantité totale de minéraux et de substances dissoutes présentes dans un liquide. À titre comparatif, l’eau de mer présente un TDS d’environ 3,5 %. Certaines saumures géothermales peuvent atteindre des valeurs proches de 30 % [1], soit une concentration en substances dissoutes près de neuf fois supérieure à celle de l'eau de mer.
Parmi les caractéristiques notables de ces fluides, on trouve également :
Une température post-turbine typiquement comprise entre 80 °C et 95 °C [1], ce qui représente encore une source d'énergie thermique exploitable après la production d'électricité.
La présence de nombreux éléments chimiques dissous : lithium (Li), manganèse (Mn), silice (SiO₂), zinc (Zn), plomb (Pb), strontium (Sr), terres rares, et bien d'autres [5].
Des concentrations généralement exprimées en ppm (parties par million), une unité qui correspond à 1 mg de substance par kilogramme de fluide. Ces concentrations peuvent sembler faibles, mais les débits élevés de production des centrales géothermiques rendent l'extraction potentiellement viable sur le plan économique [1].
Le lien entre la saumure et la géothermie : deux objectifs, un seul circuit
La saumure géothermale ne constitue pas uniquement un vecteur thermique. Elle s’inscrit au cœur du fonctionnement des installations géothermiques et peut, selon la configuration retenue, devenir une ressource énergétique et minérale simultanément. Cette articulation entre production d’énergie et récupération de matières premières représente le concept central analysé ici.
Le schéma classique : chaleur en, fluide réinjecté
Dans une centrale géothermique classique, le processus suit une logique de boucle fermée. La saumure chaude est d'abord pompée depuis le sous-sol ; sa chaleur est ensuite extraite pour entraîner une turbine et produire de l'électricité ; puis le fluide refroidi est réinjecté dans le réservoir géologique [7]. Ce système en boucle fermée vise à limiter les rejets en surface et à maintenir l’équilibre de pression dans le réservoir souterrain [3]. Dans cette configuration classique, les éléments chimiques dissous dans la saumure retournent au sous-sol sans être valorisés.
Le schéma élargi : ajout d'une étape d'extraction minérale
Une évolution du modèle consiste à intégrer une unité de récupération minérale entre l’étape de production électrique et la réinjection. Le Département américain de l’énergie indique que les opérateurs développent des procédés permettant d’extraire des matériaux critiques à partir des saumures géothermales avec une empreinte environnementale significativement inférieure à celle de l’exploitation minière traditionnelle, avant la réinjection du fluide dans le réservoir [3].
Concrètement, la saumure sert ainsi à trois fins successives dans le même circuit : production d'électricité → extraction de minéraux → réinjection. L'unité d'extraction ajoutée peut recourir à des techniques comme la DLE (Direct Lithium Extraction, ou extraction directe du lithium). La DLE désigne un ensemble de procédés — adsorption, échange ionique, entre autres — qui permettent d'isoler directement le lithium dissous dans un fluide sans nécessiter d'évaporation prolongée, comme c'est le cas pour les exploitations de salars en Amérique du Sud. La California Energy Commission a validé cette approche à l'échelle pilote, avec production directe de carbonate de lithium à partir de saumure synthétique [8].
Des exemples réels
En Californie, la California Energy Commission a montré que l'expansion de la production géothermique bénéficiera considérablement de la création d'un flux de valeur supplémentaire grâce à la récupération de métaux utiles, comme le lithium, depuis les fluides géothermaux [7]. Le processus décrit par la Commission illustre clairement la logique du double usage : le fluide riche en lithium est pompé en surface, sa chaleur est retirée pour entraîner une turbine, puis le lithium est extrait avant que la saumure usée ne soit réinjectée sous terre [7].
Au Canada, sur le site de Mont Meager, une étude publiée dans Scientific Reports conclut que ce double usage peut générer des revenus supplémentaires favorisant le développement de champs géothermaux, même ceux qui ne sont pas viables pour la seule production d'énergie, soutenant ainsi la transition du Canada vers une économie bas-carbone [4].
Dans les Dakotas, des chercheurs de l'Université du Dakota du Nord ont réussi à générer de l'électricité géothermique à partir d'eau chaude produite naturellement par des puits pétroliers dans le bassin de Williston. Ce type de co-production géothermique basse température à partir de puits existants représente un potentiel estimé à plus de 30 gigawattheures d'électricité à l'échelle nationale [9]. Cet exemple est particulièrement éloquent : il démontre que des infrastructures de forage déjà en place peuvent être valorisées pour produire de l'énergie géothermique, sans nécessiter de nouveaux forages entièrement dédiés.
Pour aller plus loin : "Comment les minéraux critiques transforment-ils le secteur de l'énergie au Canada ?"
Conclusion
La saumure géothermale offre un exemple concret de ce qu'une ressource naturelle peut accomplir lorsqu'elle est envisagée sous un angle intégré. Dans un circuit de boucle fermée, ce même fluide souterrain peut produire de l'énergie renouvelable et permettre l'extraction de minéraux critiques, avec une empreinte au sol représentant environ 1 à 2 % de celle des salars conventionnels et une réduction estimée à environ 85 % des émissions de carbone par rapport aux méthodes traditionnelles [2]. L'exemple de Mont Meager, en Colombie-Britannique, le résume bien : énergie verte et minéraux critiques issus du même forage, avec la capacité de rendre viables des projets qui n'auraient pas été rentables sur la seule base de la production d'énergie [4].
Ce modèle illustre comment les ressources géologiques peuvent être pensées de manière intégrée pour répondre à deux grandes priorités de la transition énergétique : la production d'énergie propre et la sécurité des approvisionnements en minéraux critiques. Au-delà des avantages environnementaux, la complémentarité économique entre énergie et minéraux améliore également la viabilité des projets de forage, ouvrant des perspectives nouvelles pour le secteur minier et énergétique dans son ensemble.
Le développement de projets qui valorisent les ressources du sous-sol de façon responsable et diversifiée s'inscrit dans la vision d'une industrie minière et énergétique tournée vers l'avenir. La saumure géothermale est un exemple parmi d'autres de la manière dont les ressources naturelles peuvent être repensées à l'aune des enjeux climatiques et stratégiques actuels.
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Références
[1] "Critical Minerals Extraction from Geothermal Brines." Joule / ScienceDirect, 2025. Elsevier, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435125003526.
[2] "Critical Minerals Extraction from Geothermal Brines." Pure Penn State Research, 2025. Pennsylvania State University, https://pure.psu.edu/en/publications/critical-minerals-extraction-from-geothermal-brines/.
[3] U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency & Renewable Energy. "Geothermal Energy: Mining a Secure Future." DOE/EERE Presentation, 2023. U.S. Department of Energy, https://www.energy.gov/sites/default/files/2023-03/SME_Presentation_Geothermal_Energy_Mining_A_Secure_Future.pdf.
[4] Auteurs non précisés dans les extraits fournis. "Assessment of Critical Mineral Extraction from Brines at Mount Meager." Scientific Reports, 2025. PMC/National Institutes of Health, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12500984/.
[5] Neupane, G. "Assessment of Mineral Resources in Geothermal Brines in the United States." Proceedings of the 42nd Stanford Geothermal Workshop, 2017. Stanford University / INL, https://pangea.stanford.edu/ERE/pdf/IGAstandard/SGW/2017/Neupane2.pdf.
[6] International Energy Agency. The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions. IEA, 2021. https://iea.blob.core.windows.net/assets/ffd2a83b-8c30-4e9d-980a-52b6d9a86fdc/TheRoleofCriticalMineralsinCleanEnergyTransitions.pdf.
[7] California Energy Commission. "Pilot Scale Recovery of Lithium from Geothermal Brines." CEC Publications, 2024. California Energy Commission, https://www.energy.ca.gov/publications/2024/pilot-scale-recovery-lithium-geothermal-brines.
[8] California Energy Commission. "Pilot Scale Recovery of Lithium from Geothermal Brines." Rapport CEC-500-2024-020, 2024. California Energy Commission, https://www.energy.ca.gov/sites/default/files/2024-03/CEC-500-2024-020.pdf.
[9] U.S. Department of Energy, EERE. "EERE Success Story — DOE-Funded Project: First Permanent Facility to Co-Produce Electricity from Geothermal Resources at an Oil and Gas Well." Energy.gov, 2016. U.S. Department of Energy, https://www.energy.gov/eere/success-stories/articles/eere-success-story-doe-funded-project-first-permanent-facility-co.
