L’histoire de l’élément chimique

L’homme qui a découvert ce métal alcalin est un chimiste suédois qui s’appelle Johan August Arfwedson. Le mot « lithium » est issu du grec λίθος (lithos) qui signifie « pierre ». La substance a pu être identifiée grâce à l’analyse de la pétalite (LiAlSi₄O₁₀)en 1817.

Tout commence en 1800, lors d’un voyage de José Bonifácio de Andrada e Silva en Europe. Plus précisément, cela s’est passé sur l’île d’Utö, dans la commune de Haninge, en Suède. Cet homme a pu découvrir, durant son séjour, un minéral encore inconnu à l’époque. Il nomma la trouvaille « pétalite ». Plus tard, après analyse de cette roche dans le laboratoire de Berzelius, Arfwedson a pu identifier un nouvel élément chimique. Suite à cela, il détecte aussi ce dernier dans des minéraux de spodumène (LiAlSi₂O₆) et de lépidolite (K(Li,Al)₃(Si,Al)₄O₁₀(F,OH)₂. Ceux-ci proviennent également de l’île d’Utö. Afin de souligner l’origine minérale de l’élément découvert à l’époque, Berzelius le nomme Lithion. Cela a permis de le différencier des deux autres alcalins connus à cette période (le potassium et le sodium). En 1818, Christian Gmelin a précisé que les « sels de lithion » donnent une flamme rouge et brillante.

Certains chercheurs ont essayé d’isoler l’élément de son sel, mais sans succès. Ce n’est que plus tard que cela a été rendu possible grâce à l’électrolyse d’un oxyde de lithium. William Thomas Brande et sir Humphry Davy sont les premiers à parvenir à ce résultat. L’élément a alors finalement reçu son nom actuel pour rappeler sa découverte dans le règne minéral.

La firme allemande Metallgesellschaft AG commença la production commerciale de ce métal alcalin en 1923. Il était produit par l’électrolyse d’un mélange de LiCl et de KCl fondu.

L’histoire se poursuit vers la fin des années quarante et au début des années cinquante. À l’époque, de nombreuses nations impliquées dans le développement de la bombe H produisaient du deutérure de lithium enrichi en ⁶Li. L’élément chimique appauvri intègre alors le marché des réactifs. Cela augmente considérablement l’incertitude sur sa masse atomique. Celle d’échantillons aux états naturels et commerciaux se situe entre 6,9387 et 6,9959 u.

Les deux isotopes stables du Li présents dans la nature sont les lithiums 6 et 7. Il faut préciser que ce dernier est le plus abondant. En 2012, il a été possible d’observer les radio-isotopes lithium 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 et 13. Les deux derniers sont ceux que l’on a découverts le plus récemment. Les isotopes radioactifs les plus stables sont le numéro 8 et le numéro 9. Chacun d’eux possède respectivement une demi-vie de 838 ms et de 178 ms.

L’abondance de l’élément

On trouve ce métal alcalin sur la planète Terre, mais il est également présent dans tout l’univers. Voici quelques détails.

Le lithium dans l’univers

La Nova Centauri 2013 est la première nova découverte qui contient l’élément chimique en question. Selon la théorie moderne de la cosmologie, ce métal alcalin fait partie des trois éléments synthétisés durant le Big Bang sous forme de Li 7. La quantité de lithium générée correspond au nombre de photons par baryon. Il est possible d’en calculer l’abondance pour les valeurs généralement admises pour ce nombre.

Il faut cependant préciser qu’il existe une contradiction cosmologique concernant cet élément. À cet effet, on a pu démontrer que les étoiles les plus anciennes contiennent moins de lithium qu’elles ne le devraient. En revanche, les plus jeunes en renferment plus. On peut alors formuler une hypothèse selon laquelle le métal alcalin est mélangé et détruit dans les étoiles anciennes. Les jeunes étoiles, quant à elles, en génèrent.

Il faut savoir que cet élément se transmute en deux atomes d’hélium. Cela est possible suite à une collision avec un proton avec une exposition à des températures s’élevant à 2,4 millions de degrés Celsius. L’abondance du métal alcalin dans les jeunes étoiles est plus grande que les modèles numériques ne le prévoient.

En 2017, on a pu observer 12 étoiles de la Voie lactée renfermant près de 2 800 fois plus de lithium que le Soleil. En revanche, il est important de noter que ces étoiles n’ont pas atteint la phase de géante rouge. On présume donc que le Li qu’elles contiennent date de leur formation. Sa présence reste, néanmoins, encore inexpliquée.

Le Li est l’un des trois éléments chimiques synthétisés à l’origine de l’univers. Cependant, au même titre que le béryllium et le bore, il est nettement moins abondant que dans d’autres éléments. Cela est dû aux faibles températures nécessaires à sa destruction ainsi qu’à l’insuffisance de processus pour le produire.

L’élément chimique sur Terre

Il est plus rare comparé aux alcalins et aux alcalino-terreux courants tels que le sodium, le potassium, le magnésium et le calcium. Selon les estimations, la croûte terrestre dispose d’une concentration variant entre 20 et 70 ppm (parties par millions). En poids, cela donne entre 20 et 70 mg/kg de terre. Cette estimation fait du lithium le troisième élément le plus abondant sur la planète. D’ailleurs, il est présent dans toutes les régions du monde. Cependant, il ne l’est pas à l’état pur en raison de son oxydation au contact de l’eau et de l’air. Il est possible de le trouver dans les roches magmatiques. Sa concentration est aussi plus importante dans les granites. Les pegmatites granitiques sont les minéraux qui contiennent le plus de lithium. Pour une exploitation commerciale, l’idéal est de se tourner vers le spodumène et la pétalite. En effet, il s’agit des sources les plus viables dans le cas d’une exploitation commerciale. Le lépidolite contient lui aussi une grande quantité de ce métal alcalin. Une autre source est les argiles d’hectorite. L’organisme principal qui exploite ces dernières est la Western Lithium Corporation aux États-Unis.

Les eaux marines recèlent au total une quantité de Li estimée à 230 milliards de tonnes. La concentration est relativement constante et est comprise entre 0,14 et 0,25 ppm ou 25 µmol (micromoles). Des éléments à concentration plus importante atteignant les 7 ppm se trouvent, cependant, près des monts hydrothermaux.

Les teneurs et la fonction biologique du métal alcalin

Les chercheurs ont trouvé des traces de lithium dans le plancton et dans de nombreuses plantes et invertébrés. En l’occurrence, les concentrations varient de 69 à 5 760 ppb (parties par milliard). Les tissus et les fluides vitaux des vertébrés contiennent ce métal alcalin à une concentration entre 21 et 763 ppb. Il faut noter que les organismes marins en bioaccumulent plus comparés aux organismes terrestres.

On soupçonne son rôle en tant qu’oligoélément dans le Vivant depuis les années 1990, mais cela reste à prouver. En 2001, au Japon, une étude nutritionnelle a été menée chez les mammifères. Elle a permis de démontrer que le lithium constituerait un oligoélément chez l’Homme et chez les métazoaires. Les chercheurs ont utilisé le ver Caenorhabditis elegans comme modèle animal et suggèrent une dose journalière admissible d’environ 1 mg/j. Il faut préciser que ce ver a déjà servi à des études sur les facteurs de longévité.

Voici un tableau qui illustre les productions dans les pays cités précédemment.

Pays	Production en 2018	Production en 2019	Production en 2020	Production estimée en 2021	Réserves prouvées	Ressources estimées
Argentine	6 400	6 300	5 900	6 200	2 200 000	19 000 000
Australie	58 800	45 000	39 700	55 000	5 700 000	7 300 000
Bolivie	nd	nd	nd	nd	nd	21 000 000
Brésil	300	2 400	1 420	1 500	95 000	470 000
Canada	2 400	200	nd	nd	nd	2 900 000
Chili	17 000	19 300	21 500	26 000	9 200 000	9 800 000
Chine	7 100	10 800	13 300	14 000	1 500 000	5 100 000
République démocratique du Congo	nd	nd	nd	nd	nd	3 000 000
États-Unis	900	900	900	900	750 000	9 100 000
Allemagne	nd	nd	nd	nd	nd	2 700 000
Mexique	nd	nd	nd	nd	nd	1 700 000
République tchèque	nd	nd	nd	nd	nd	1 300 000
Espagne	nd	nd	nd	nd	nd	300 000
Portugal	800	900	348	900	60 000	270 000
Mali	nd	nd	nd	nd	nd	700 000
Russie	nd	nd	nd	nd	nd	1 000 000
Serbie	nd	nd	nd	nd	nd	1 200 000
Zimbabwe	1 600	1 200	417	1 200	220 000	500 000
Total mondial	95 000	86 000	82 500	100 000	22 000 000	89 000 000

Ci-après les productions des pays non cités dans le tableau. En l’occurrence, on a le Pérou (880 000 t), le Ghana (130 000 t), l’Autriche (60 000 t), ainsi que la Finlande, le Kazakhstan et la Namibie (50 000 t chacun).

Gisements de lithium

Malheureusement, très peu d’endroits sur Terre disposent d’une concentration en Li permettant une exploitation économique et rentable. La raison à cela est l’impureté des sels et d’autres métaux alcalins, se présentant sous forme de :

• Chlorure de lithium (LiCl), qui se trouve notamment dans les saumures de certains vieux lacs salés continentaux. Il est mélangé à d’autres sels de métaux alcalins, de certaines eaux géothermales ou de champs pétrolifères.
• Silicates, incluant le spodumène (LiAlSi₂O₆) ou la pétalite (Li(AlSi₄O₁₀)) dans la pegmatite.
• Hectorite : on parle ici d’une sorte d’argile de formule NaO,4Mg₂,7LiO,3Si₄O₁₀(OH)₂. Elle est issue de l’altération de certaines roches volcaniques.
• Jadarite Li Na Si B₃O₇(OH) : il s’agit d’un borate ;
• Rhassoul : il s’agit d’une argile marocaine riche en stevensite (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ et en lithium.

Le plus grand gisement mondial connu est le salar d’Uyuni, situé au sud-ouest de la Bolivie, dans le département de Potosí. Son Li représente un tiers de la ressource mondiale, ce qui intéresse le groupe Bolloré. En mars 2008, la Bolivie a permis l’exploitation du métal alcalin sur le désert de sel fossile d’Uyuni. Cela a abouti à la création d’une usine d’extraction. Le second plus grand gisement est celui du salar d’Atacama, au Chili. Il représente le premier exportateur mondial depuis 1997, avec la compagnie allemande Chemetall comme opérateur principal.

L’Argentine possède aussi un gisement de lithium que la FMC exploite depuis 1995, au salar del Hombre Muerto. Ce site se trouve à une centaine de kilomètres au nord d’Antofagasta de la Sierra, au nord-ouest du pays. Il est assez difficile d’accès. En effet, les pistes en terre naturelle sont les seuls chemins qui y mènent.

En Australie-Occidentale, entre 2010 et 2011, Talison Lithium Ltd avait extrait ce métal alcalin dans la pegmatite des mines de Greenbushes. À l’époque, l’entreprise avait pu obtenir plus de 300 000 t de spodumène par an, lui permettant de produire 8 000 à 9 000 t de Li. Cela constituait plus de 25 % de la production mondiale. Les réserves prouvées et probables sont estimées à 31,4 Mt de minerai recelant 1,43 % de lithium. Dans la même région, en 2010, Galaxy Ressources a procédé à une exploitation à ciel ouvert d’un gîte de pegmatite. Cela s’est déroulé dans la mine de Mount Cattlin, près de Ravensthorpe. Cette exploitation a produit 137 000 t par an de concentré de spodumène à 6 % de Li₂O en plus d’une coproduction d’oxyde de tantale. En 2012, la production de spodumène a atteint les 54 047 t. Les réserves prouvées et probables sont de 10,7 Mt de minerai avec 1,04 % de Li₂O et 146 ppm de Ta₂O₅. Ce dernier est majoritairement envoyé en Chine pour le transformer en Li₂CO₃.

Il existe d’autres gisements dans certains lacs asséchés du Tibet, de la Russie et des États-Unis. Il est possible de citer celui du Silver Peak, au Nevada, exploité par Rochwood Lithium. Au Zimbabwe, on peut trouver la mine de Bikita, à ciel ouvert, qui produit 30 000 t par an de minerai à 4,45 % de Li₂O.

Il est important de rappeler que les déserts de sel présentent aussi une grande quantité de Li. L’extraction se fait par concentration de la saumure après pompage et évaporation dans les marais salants.

En Californie, les eaux géothermales de Salton Sea sont aussi riches en cet élément chimique que les lacs salés boliviens et chiliens. L’extraction a été prévue, mais la société concernée par le projet a fermé ses portes en 2015.

Au Canada, un gisement en 2010 a été découvert aux alentours de la baie James. Plusieurs entreprises ont exploité la zone, mais tout s’est arrêté en 2014. Actuellement, un projet de mine est en cours d’étude dans l’Abitibi.

En Afghanistan, il existe aussi des réserves considérables de lithium. La presse l’a d’ailleurs mentionné en 2010.

En février 2023, le gouvernement indien a découvert un gisement majeur dans la région du Jammu-et-Cachemire, dans le nord-ouest du pays. Celui-ci est estimé à 5,9 Mt, ce qui correspond à 5,7 % des réserves mondiales. En revanche, la découverte n’est qu’au stade préliminaire. Il faut encore de nombreuses analyses pour confirmer la taille exacte du gisement.

En Europe

Selon les derniers rapports officiels, la consommation de lithium de l’Union européenne pourrait être multipliée par 18 entre 2020 et 2030. Cela risque de poser problème, car elle importe la majorité de l’élément chimique qu’elle utilise. En effet, il n’existe qu’une seule mine active en Europe. Il s’agit de celle du Portugal qui fournit 1 200 t de Li par an. Cette production sert, cependant, dans l’industrie de la céramique. Malgré cela, Bruxelles considère que l’Europe pourrait assurer 80 % des besoins de son industrie automobile (principal consommateur) d’ici 2025.

En 2021, l’USGS a estimé les réserves européennes à 60 000 t, soit 0,7 % des réserves mondiales. Cela concerne notamment les gisements de taille connue et économiquement exploitables. Par ailleurs, les ressources ou les gisements découverts ou probables comptent 7 % du total mondial. L’analyste Natixis a conclu que cela pourrait à peine couvrir la moitié de la demande de voitures électriques en 2030.

En France, le site The Conversation a annoncé une importante nouvelle au public dans un article qu’il a fait paraître. Ainsi, les chercheurs du BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) ont trouvé des gisements exploitables. Ces derniers se situent notamment dans le Massif central, dans les saumures géothermales d’Alsace. Ce pays pourrait d’ailleurs être autonome concernant ce métal alcalin. En effet, il dispose d’un potentiel minier dépassant les 200 000 t de Li métal.

En Autriche, aux alentours de Wolfsberg, une entreprise du nom d’European Lithium compte produire ce métal alcalin à partir de 2023. Le projet le plus prometteur est celui de Mina do Barroso, situé au nord du Portugal. Une société britannique du nom de Savannah Resources a aussi ouvert une première mine en 2010. Cette entreprise exploite le plus important gisement de spodumène en Europe.

Vers fin décembre 2021, Rio Tinto a suspendu son projet de mine de lithium dans la région de Jadar au sud-ouest de la Serbie. La raison ? Quatre semaines de manifestations des militants écologistes qui craignent une pollution des champs de maïs. Initialement, le responsable de l’exploitation comptait commercialiser l’élément chimique dès 2026. Il estimait également une production de 58 000 t par an à partir de 2029. Cela aurait été suffisant pour équiper un million de voitures électriques. Malheureusement, le 20 janvier 2022, le gouvernement serbe a retiré les permis d’exploitation, ce qui a mis fin au projet.

En Espagne, une région près du Portugal (l’Estrémadure) possède d’importants gisements de Li. Face à cela, la compagnie Lithium Iberia est composée d’un groupe d’entrepreneurs et d’ingénieurs espagnols. Elle désire lancer un projet de mine à Las Navas dans la commune de Cañaveral à partir de 2024. La société estime une production de 30 000 à 35 000 t par an de LiOH pendant 20 ans. Si l’affaire est rentable, elle compte prolonger l’exploitation de 10 ans.

Un autre projet a fait l’objet d’une opposition farouche de la population et des élus municipaux. Il s’agit de celui qui se trouvait à Saint José, à Cáceres. La production est notamment l’œuvre d’une compagnie australienne nommée Infinity Lithium. Cette entreprise menait des recherches afin d’exploiter une mine à ciel ouvert. Une nouvelle version du projet a été présentée en octobre 2021. Il s’agit surtout d’une exploitation en galeries qui pourrait donner de nouvelles garanties pour la restauration des lieux.

Par ailleurs, le producteur germano-australien Vulcan Energy Resources exploite raisonnablement le métal alcalin en Allemagne. Il réalise notamment une extraction de saumure et une réinjection de celle-ci une fois traitée pour réduire son empreinte carbone. En 2021, la compagnie s’est engagée à fournir à Stellantis entre 81 000 et 99 000 t d’hydroxyde de lithium. Le projet compte s’étaler sur cinq ans à partir de 2026. Créée en 2018 en Australie, Vulcan Energy Resources obtient cet élément chimique de quatre sites géométriques dans la vallée du Rhin. L’eau chaude et salée est extraite à plus de trois kilomètres de profondeur, puis filtrée pour récupérer le métal alcalin. Celui-ci est alors concentré sur place, puis raffiné à Francfort. La chaleur de l’eau atteint les 165 °C. Elle sert notamment à produire de l’énergie verte. Une moitié sert au procédé précédemment cité, tandis que l’autre est revendue aux collectivités locales. Vulcan Energy Resources possède des dizaines de licences en Allemagne et une autre en Italie. Ce producteur espère également, avec le soutien de Renault et de Stellantis, en acquérir une en France, en Alsace. En effet, le potentiel y semble important.

Le 24 juin 2022, Stellantis a investi 50 millions d’euros afin d’acquérir 8 % de Vulcan Energy Resources. L’entreprise a également signé des contrats avec de grandes marques. Il s’agit de Renault, Volkswagen, Umicore et LG. En septembre 2022, le premier pilote de son procédé donne de bons résultats à la centrale géothermique d’Insheim, aux alentours de Karlsruhe. Celle-ci est opérationnelle depuis 2012. La société a aussi prévu une seconde installation afin de multiplier les volumes par 200. La production devrait débuter vers fin 2024 pour atteindre un volume de plus de 50 000 t d’hydroxyde de lithium par an en 2027. Plus de deux milliards d’euros d’investissement sont prévus pour ce projet.

Il faut aussi noter que les projets de mines de ce métal alcalin en Europe se multiplient, en l’occurrence :

• Syväjärvi en Finlande ;
• Cinovec en Tchéquie ;
• Zinnwald, Brichsal et Karlsruhe en Allemagne ;
• Wolfsberg en Autriche ;
• Soultz-sous-Forêts en Alsace ;
• Échassières dans l’Allier ;
• Barroso au Portugal.

D’après le rapport de l’université de Louvain, la plupart de ces mines sont de petite taille. La production moyenne étant notamment de 130 000 t par an. Selon les estimations, en 2030, les projets de raffineries pourraient atteindre 155 000 t. Cela reste optimiste, celui de Rio Tinto de Jadar stoppé par Belgrade a été pris en compte.

Selon Eramet, il existe plusieurs projets en cours qui pourraient répondre au mieux (15 à 20 %) aux besoins européens en 2030. Néanmoins, le potentiel du recyclage est plus important. L’université de Louvain l’estime à 150 000 t en 2030 et à 600 000 t en 2050 pour une demande de 700 000 à 860 000 t.

En France

Il existe un petit gisement dans la France métropolitaine. Il s’agit d’un gîte de gros tonnage à faible teneur en étain, en tantale-niobium, en lithium et en béryllium. Le BRGM à Tréguennec (Finistère) est l’organisme ayant réalisé la découverte. Cela s’est fait sur le site de l’ancienne carrière de Prat-ar-Hastel. Il existe quelques gisements exploités de manière ponctuelle dans du lépidolite, situés au nord-ouest du Massif central. Ils ont également permis la production de pétalite et d’amblygonite. Les gisements se situent notamment à Échassières, à Montebras et dans les monts d’Ambazac. En 2015, le site d’Echassières était le seul à fournir du lithium en guise de coproduit de l’exploitation de kaolin de sables et de granulats. Le gîte est lié à un apex leucogranitique différencié ou à albite. Selon le BRGM, son potentiel est estimé à 280 000 t de Li₂O à 0,7 % sous forme de lépidolite disséminé ou de mica lithinifère. Associé à cela, on peut compter 20 000 t de Sn, 5 000 t de WO₃ et 5 000 t de Ta-Nb. Cependant, il faut noter que l’exploitation du minerai n’est pas facile, car il est riche en fer et en fluor.

En 2019, le BRGM a publié un rapport de synthèse des ressources en lithium de la France. Il mentionne que les productions de Li₂CO₃ ou de LiOH à partir de roche dure sont tirées exclusivement de pegmatites LCT. Ce dernier n’est autre qu’un sous-type du spodumène. Il convient de préciser que ce type d’élément n’existe pas en France, à l’exception de très rares indices. Ainsi, il n’est possible de produire du lithium à partir de roche dure qu’avec le développement de procédés d’extraction à l’échelle industrielle. Cela se fait grâce à des minéraux tels que la zinnwaldite, la série du lépidolite et la série de l’amblygonite-montebrasite. Le BRGM précise que les ressources mesurées de Li₂O sont de 23 564 t. Cette donnée est issue du gisement de Beauvoir, toujours en exploitation. Par ailleurs, on peut compter plus de 65 895 t de ressources indiquées issues du gisement de Tréguennec. Enfin, les ressources supposées sont estimées à 443 200 t.

En outre, cet organisme compte 41 sites potentiels. Ceux-ci se trouvent en France, en Alsace et dans une diagonale allant du Massif armoricain au Massif central. Du lithium se cache dans les aquifères très profonds (entre 1 000 et 4 000 m) de la plaine d’Alsace. Il s’agit notamment de grès déposés il y a 235 millions d’années. En 2017, le BRGM a estimé un tonnage utile d’environ un million de tonnes de Li métal. En 2021, l’AFPG (Association Française des Professionnels de la Géothermie) a évalué la coproduction possible de lithium en Alsace. Le chiffre atteint les 15 000 tonnes par an sur 10 sites géothermiques. Par ailleurs, les sociétés ES Géothermie et Fonroche Géothermie ont fait une annonce en 2019. En l’occurrence, les eaux chaudes remontant le sous-sol alsacien contiendraient 180 à 200 mg de Li par litre. Il faut noter que ces deux entreprises se servent notamment du sous-sol alsacien pour produire de la chaleur et de l’électricité par géothermie. À cet effet, elles considèrent la fourniture par site d’environ 1 500 t de carbonate de lithium (LCE) par an.

Les réserves de LCE du fossé rhénan totalisent entre 10 et 40 Mt. Les besoins de l’industrie automobile française, quant à elle, comptent 15 000 t de LCE par an. En Alsace, Eramet s’intéresse à la saumure des stations géothermales du fossé rhénan, au même titre que Vulcan Energy Resources, côté allemand. L’entreprise a déjà mené un projet pilote qui a pu raffiner du Li₂CO₃ de qualité batterie. Cela s’est fait par le biais d’un des sites géothermiques d’ES Géothermie. Geolith, une autre entreprise, dispose également de projets à Haguenau. Par ailleurs, Lithium de France, une filiale du groupe Arverne, s’implante à Bischwiller afin de produire en même temps de la chaleur et du Li. La société a d’ailleurs obtenu un permis exclusif de recherche de sites géothermiques dans le nord de l’Alsace. En outre, une start-up strasbourgeoise nommée Viridian compte aussi construire à Lauterbourg (Bas-Rhin) la première raffinerie de ce métal alcalin en France. Avec une capacité de 25 000 t d’hydroxyde de lithium en 2025 et une capacité d’expansion de 100 000 t par an d’ici 2030, on ne peut qu’espérer un succès. Ce procédé réduirait d’ailleurs fortement les émissions de CO₂.

La recherche de gisements en métropole se poursuit en septembre 2020. La demande de permis exclusif de recherches de cet élément chimique et de substances connexes se multiplie également. Une société nommée Fonroche Géothermie a d’ailleurs franchi le pas. Celle-ci a demandé un permis de bassin de la Limagne pour cinq ans sur 707 km² dans la région de Clermont-Ferrand. Cela fait suite aux études géochimiques du BRGM. Celles-ci ont mis en évidence le secteur de Riom disposant d’eaux souterraines très chaudes avec 80 mg/l de lithium.

À Beauvoir, dans l’Allier, le projet Emili est également l’un des plus grands projets d’extraction de ce métal alcalin en Europe. Il a notamment fait l’objet d’une annonce le 24 octobre 2022 par le groupe français de minéraux industriels Imerys. Ainsi, l’ouverture d’une mine dont les réserves sont estimées à 1 Mt est prévue d’ici 2027. La production prévue est de 34 000 t d’hydroxyde de lithium par an à compter de 2028 pendant 25 ans. Cette carrière est ouverte depuis 1950 et produit chaque année 30 000 t de kaolin. Cependant, Imerys a racheté le site en 2005. Si le projet est un succès, il permettra d’équiper 700 000 voitures électriques. Cela limiterait grandement l’empreinte carbone de l’extraction. En effet, il permettra la production de huit tonnes de CO₂ par tonne d’hydroxyde de lithium. Cela peut même atteindre les 15 à 20 t pour les projets similaires en Asie et en Australie.

En novembre 2022, une société minière australienne Vulcan Energy a créé une entité française. Elle a aussi déposé une première demande de permis de recherche dans le nord de l’Alsace, près d’Haguenau. Le but étant d’extraire l’élément chimique en question des eaux géothermales. Elle a également demandé un permis similaire en Allemagne pour une production commerciale prévue vers 2025. Le projet comptait atteindre une capacité de 8 000 t d’hydroxyde de lithium par an et par module, soit par station de géothermie. Dans un premier temps, elle se base sur trois modules.

Dans les territoires d’outre-mer, plus précisément en Guyane, le BRGM a fait une autre trouvaille. À cet effet, l’organisme affirme que les indices ponctuels montrent une faible présence de minéraux à Li à cet endroit.

En janvier 2023, Électricité de Strasbourg et Eramet ont conclu un accord. Le but de cette démarche est de développer la production de ce métal alcalin à l’aide des saumures du bassin rhénan. L’exploitation envisagée vers la fin de la décennie tourne autour de 10 000 t de carbonate de lithium par an. Ainsi, 250 000 batteries destinées à des véhicules électriques pourraient voir le jour. La technique prévue est le procédé d’extraction directe de l’élément. Le processus consiste à capter l’élément à l’aide d’un matériau dit « éponge » et de réinjecter l’eau dans la nappe où elle est pompée. Cette stratégie permet de réaliser des économies en eau et en énergie.

Production mondiale

En 2022, la production mondiale est estimée à 130 000 t. Il faut noter que celles-ci étaient de 86 000 t en 2019, de 82 500 t en 2020 et de 100 000 t en 2021. Plusieurs pays participent à ce projet. Il s’agit de l’Argentine, de la Chine, du Chili et de l’Australie. L’année dernière, un tiers de la production planétaire était issue des grandes entreprises et des sociétés minières. Les investisseurs chinois étant les principaux contrôleurs de ceux-ci.

En 2017, 136 petites compagnies avaient investi 157 millions de dollars pour essayer de trouver du lithium. Ces chiffres représentent le double de ceux de 2016. Entre 2005 et 2015, on a pu assister à une hausse de la production de 20 % par an. En conséquence, le prix de ce métal alcalin a grandement augmenté. Suite à cela, plusieurs mines fermées antérieurement ont été réouvertes. Il s’agit notamment de la mine à ciel ouvert de Mt Cattlin en Australie. Une relance de la recherche géologique a également eu lieu, permettant ainsi de découvrir de nouveaux gisements dans le Nevada, en Serbie et au nord du Mexique.

Il existe également de nombreux projets de nouvelles mines en cours de développement, à l’instar de l’étude de Citigroup qui en a recensé seize. Ces derniers se situent notamment au Canada, aux États-Unis, en Australie et en Argentine. La structure d’oligopole formée de quatre entreprises produisait la majorité du métal consommé en 2014. Il s’agit des Américains Albemarle et FMC, du Chilien Sociedad Química y Minera de Chile (SQM) et du Chinois Tianqi.

Le « triangle du lithium » se compose du Chili, de l’Argentine et de la Bolivie. L’élément chimique en question dont ces pays disposent constitue 85 % des réserves mondiales. En Argentine, les investissements d’exploration ont drastiquement augmenté (+928 % depuis 2015). Plus d’une vingtaine de sociétés étrangères ont alors réalisé des projets d’exploitation. En outre, deux mines sont en activité. Au Chili, l’État supervise l’industrie du lithium. Par ailleurs, l’organisme gouvernemental Corfo octroie des quotas de production aux sociétés. Cela concerne principalement SQM, la société américaine Albemarle et la firme chinoise Tianqi. Cette dernière ayant racheté 24 % des parts de SQM en 2018. En Bolivie, le gouvernement contrôle également la production de Li. Cependant, celle-ci n’est pas aussi grande que celle de ses pays voisins, où l’entreprise nationale YLB a conclu des accords de partenariats avec ACI Systems (société allemande) et avec Xinjiang Tbea (firme chinoise). Par ailleurs, la construction d’usines de batteries au Chili et en Bolivie est envisagée.

En 2020, les scientifiques de l’Institut de technologie de Karlsruhe ont déposé une demande de brevet. Ce dernier est destiné à un processus d’extraction des eaux profondes du fossé rhénan supérieur lors du passage dans les centrales géothermiques. La concentration en lithium dans ces eaux atteint les 200 mg/l. Ainsi, le traitement des deux milliards de litres d’eau du Rhin permettra d’obtenir plusieurs centaines de tonnes de Li chaque année. Cela constitue un projet rentable et sans effet négatif sur l’environnement.

En Arabie saoudite, les chercheurs de l’université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) ont conçu une cellule électrochimique. Cet outil, mis au point en juin 2021, permet de prélever à moindre coût le Li de l’eau de mer. Cette dernière ayant des réserves 5 000 fois supérieures à celles des gisements terrestres. En outre, l’extraction peut également faire bénéficier de coproduits tels que le chlore ou l’hydrogène.

L’utilisation du lithium

De nombreuses activités ont besoin de cet élément chimique. En voici les principales.

Le lithium pour stocker de l’électricité

On trouve souvent du lithium dans les électrodes de batteries, à cause de son potentiel électrochimique important. Il est également utilisé dans le domaine des systèmes embarqués en raison de sa densité énergétique considérable et de sa masse volumique.

Le lithium comme carburant pour fusées et missiles

Lorsqu’il est sous forme de métal ou d’aluminate, le Li représente un additif à haute énergie nécessaire à la propulsion des fusées. Le lithium peut également constituer un combustible solide.

La conception de verres et céramiques

Ce métal alcalin peut également servir dans la fabrication de verres et de céramiques à faible expansion. Il s’agit du cas du miroir de 200 pouces du télescope du mont Palomar.

L’élément chimique réagit faiblement aux rayons X. Les verres qui en sont composés peuvent donc dissoudre des oxydes en spectrométrie de fluorescence des rayons X. On peut donc dire que le lithium est presque toujours présent dans la vie quotidienne.

La fabrication de graisses lubrifiantes

Cet élément sert également de graisse lubrifiante. Le LiOH chauffé avec une graisse donne comme résultat un savon composé de C₁₈H₃₅LiO₂. Ce dernier permet d’épaissir les huiles et est nécessaire à la fabrication de graisses lubrifiantes à haute température. On peut donc affirmer que le lithium est un élément qui sert à bon nombre de personnes.

L’élément et les polymères

Les organolithiens, aussi appelés lithiens, sont utilisés dans la synthèse organique et dans la polymérisation des élastomères. Les batteries au Li-polymère sont des dérivés de la technologie Li-ion. Elles offrent davantage d’énergie, présentent des dimensions réduites et sont rechargeables. En revanche, elles coûtent plus cher par rapport aux batteries lithium-ion.

Le lithium dans la métallurgie

Ce métal alcalin peut aussi être utilisé comme additif dans les laitiers de coulée continue. Il sert notamment à en augmenter la fluidité. Il constitue également un additif dans le sable de fonderie pour la fonte. Cela permet de réduire le veinage.

Il s’agit aussi d’une composante clé dans le flux de brasage pour le brasage ou le soudage de matières métalliques. En effet, le lithium favorise la fusion des métaux tout au long du processus. Les impuretés sont absorbées, empêchant ainsi la formation d’oxydes.

Les alliages métalliques du Li avec d’autres éléments chimiques permettent de fabriquer des pièces d’aéronefs à haute performance. Il s’agit notamment d’associer le métal alcalin avec de l’aluminium, du cadmium, du cuivre ou du manganèse.

L’élément et le traitement de l’air

Le LiCl et le LiBr sont extrêmement hygroscopiques. Ils sont utilisés comme absorbeurs d’humidité, ou sachets déshydratants.

Le LiOH et le Li₂O₂ sont les sels les plus sollicités dans les endroits confinés, par exemple à bord des navettes spatiales et des sous-marins. L’élément chimique permet d’éliminer le dioxyde de carbone et de purifier l’air. Le LiOH absorbe le CO₂ dans l’air en formant du Li₂CO₃. Il est privilégié par rapport aux autres hydroxydes alcalins en raison de son faible poids.

Dans un milieu humide, le peroxyde de lithium réagit avec le dioxyde de carbone pour former du Li₂CO₃. Il libère aussi de l’oxygène.

La réaction chimique est la suivante :

²Li₂O₂ + ²CO₂ → ²Li₂CO₃ + O₂

Parmi les composés mentionnés figure le LiClO₄, utilisé dans les générateurs fournissant de l’oxygène dans les sous-marins.

Le lithium dans la médecine et la toxicologie

Dans les années 1940, il a été possible de calmer certains patients psychotiques avec ce métal alcalin. Vers 1970, les scientifiques ont commencé à utiliser les sels de lithium pour traiter les troubles bipolaires seuls ou accompagnés d’autres thymorégulateurs. La concentration thérapeutique est de 0,8 à 1,2 mEq/l (0,8 à 1,2 mmol/l).

Cet élément chimique est aussi utilisé comme antidépresseur ou avec certains antidépresseurs. Au même titre que la fluoxétine, il agit sur les troubles compulsifs, les troubles de l’humeur et les tendances suicidaires. On suppose que l’élément principal qui agit sur ces maladies est l’ion Li+. De nombreux débats sont, cependant, encore ouverts autour de ses mécanismes d’actions.

Le gluconate de lithium sert aussi en dermatologie en guise d’antiallergique. Il traite surtout la dermite séborrhéique du visage chez l’adulte.

Ce métal alcalin est également réputé pour agir sur les troubles du sommeil et sur l’irritabilité en oligothérapie.

L’élément aide aussi à ralentir la progression de la sclérose latérale amyotrophique. Une étude pilote dans le Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) a pu démontrer cela.

En 1990, une autre recherche a été réalisée. L’étude a été faite sur des personnes ayant bu une eau contenant un peu plus de lithium que la moyenne. Les résultats ont montré une population avec moins de crimes, de suicides, d’arrestations et de risques d’addiction. 20 ans plus tard, une étude de 2009 a montré le moindre risque de suicide chez les personnes qui ont bu de l’eau plus riche en Li.

Mécanisme d’action

Le mécanisme d’action demeure mal compris par la plupart de la population. Cependant, selon les résultats des études réalisées, le lithium affecte deux voies de signalisation intracellulaires. Il s’agit de l’inositol monophosphate et le glycogène synthase kinase-3. Le premier concerne l’inhibition de l’inositol intracellulaire, étant peut-être le mécanisme de stabilisation de l’humeur. Le second concerne l’inhibition de cette enzyme jouant un rôle dans diverses voies de signalisation. Il s’agit de celles du métabolisme énergétique, de la neuroprotection et de la neuroplasticité cérébrale.

Toxicologie

Cet élément chimique n’est efficace dans une thérapie qu’en utilisant une fourchette de doses étroite. À cet effet, une grande partie des patients sous traitement chronique ont au moins eu un épisode de toxicité durant la procédure.

Le lithium intracellulaire est notamment présent dans les cellules du cerveau et des reins. Plus précisément, dans les cellules tubulaires des reins. Sa concentration est 10 à 20 fois plus élevée dans le sérum sanguin. Cela explique pourquoi cet élément est facilement source de toxicité aiguë pour les cellules, pour leur nécrose et contribuent au dysfonctionnement des reins.

L’intoxication aiguë sévère semble rare. Malgré cela, elle peut survenir en cas d’erreurs de posologie dans la prise de médicaments contenant ce métal alcalin. Si tel est le cas, des lésions cérébelleuses persistantes se forment. En outre, le patient est sujet à des tremblements, de l’ataxie et de la dysarthrie. Il souffre aussi de problèmes persistants de ganglions de la base.

À partir de 1,5 mmol/l, la personne devient hypertonique, ataxique, dysarthrique, hyperréflexe et confuse. Elle présente souvent un tremblement grossier et une fasciculation musculaire. Aux alentours de 3 mmol/l, elle convulse, puis tombe dans le coma. Elle peut également montrer des lésions cérébrales irréversibles pouvant entraîner la mort.

L’intoxication chronique est bien plus fréquente. Ses complications biologiques classiques sont une hypercalcémie, un diabète insipide, un dysfonctionnement thyroïdien, d’éventuels troubles cardiovasculaires et des changements de repolarisation bénins. Plus rarement, on peut citer des tachyarythmies potentiellement mortelles et des anomalies du temps de conduction. Enfin, très rarement, la personne peut être sujette à un bloc auriculo-ventriculaire complet avec choc cardiogénique. Si la thérapie au lithium est à long terme, le patient peut souffrir d’une mauvaise mémoire, de fatigue, d’une perte de concentration et d’un léger tremblement.

Pendant longtemps, on a entendu dire que le Li et ses sels présentent une toxicité réversible. Certes, la toxicité rénale aiguë est temporaire. Cependant, le diabète insipide dit néphrogénique peut résister après l’arrêt d’un traitement à long terme. La polyurie et la polydipsie sont associées au diabète insipide dit néphrogénique. Il s’agit de complications du traitement au lithium. Ces cas peuvent survenir rapidement après le début du traitement.

Cet élément chimique présente une néphrotoxicité importante. Il génère des anomalies tubulaires distales. D’ailleurs, consommé à fortes doses, il peut engendrer des lésions tubulaires proximales. En général, le médecin prescrit un bilan rénal au patient, puis un dosage mensuel du lithium sanguin. Il est difficile de faire le diagnostic d’une intoxication en raison des concentrations sériques élevées. En effet, les tissus cibles sont sous protection dans une certaine mesure. Cependant, le taux de métal alcalin dans le sérum ne reflète pas les niveaux tissulaires et la corrélation entre les niveaux de Li. Sa toxicité est faible. Ces symptômes sont à prendre en compte plutôt que les taux sériques de lithium. Par un mécanisme encore incompris, dans le tube collecteur de reins, cet élément chimique inhibe la fonction des aquaporines. La cause est l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase.

En cas d’intoxication ou d’empoisonnement criminel, le bilan toxicologique d’urgence peut ne rien révéler. En effet, le taux sanguin ou urinaire retourne rapidement à la normale. Cependant, l’analyse du lithium dans les cheveux permet de prouver une exposition à l’élément chimique durant la période supposée de faits. L’hémodialyse est une solution envisageable. Elle aide à protéger la fonction rénale et à traiter l’altération de l’état de conscience.

En cas d’intoxication, une collaboration entre plusieurs services médicaux est nécessaire. Il s’agit de ceux de neurologie, de néphrologie et de psychiatrie fondamentale. Il ne faut pas négliger une intoxication au lithium même si le patient présente une lithémie normale. Cela s’applique davantage si l’on est en présence de signes neurologiques. Il est primordial d’utiliser l’EER dans la prise en charge. En effet, le temps pris pour réduire la concentration en Li correspond au risque de neurotoxicité chronique.

L’usage de l’élément pour l’énergie

Bernard Bigot est le physicien et directeur du projet ITR. Il affirme que si la fusion thermonucléaire est maîtrisée, 1 g de lithium et 50 l d’eau suffisent à extraire les isotopes de l’hydrogène. Ces derniers sont nécessaires pour la production et pour la consommation électrique. Il est alors possible d’envisager une vie terrestre occidentale avec de l’énergie qui produit très peu de déchets.

Les autres usages du lithium

Ce métal alcalin agit comme un réducteur et/ou un complexant dans la synthèse des composés organiques. Les sels de lithium permettent de transférer de la chaleur par convection. La production de tritium par réaction nucléaire sert dans la fusion nucléaire. Avec le potassium, cet élément chimique est un des deux alcalins isotopes avec une fermionique stable. Cela explique son intérêt pour l’étude des gaz ultrafroids fermioniques dégénérés.

La pénurie de lithium

Le lithium est nécessaire pour fabriquer des batteries Li-ion, intégrées aux voitures électriques et hybrides de nos jours. Face à cette demande grandissante, le risque de pénurie est important. En 2007, le cabinet Meridian International Research a déjà estimé que les réserves ne suffiront pas. Cela s’applique même au remplacement du parc mondial d’automobiles, avant la prise en compte du recyclage de l’élément chimique.

En 2015, une explosion de la demande de voitures électriques a été constatée. Cela a eu un impact considérable sur le marché de ce métal alcalin. Le prix du carbonate de lithium a alors grimpé en Asie. Les chiffres ont atteint des records en octobre 2017. Suite à cela, l’afflux de production a entraîné une réduction des coûts de 40 %. Une stabilisation de la tonne à environ 13 400 € a également été observée en 2019.

Les analystes de Roskill estiment que d’ici 2026, la demande de carbonate de lithium (LCE) dépassera le million de tonnes. Celle-ci était de 320 000 t en 2018. Face à cela, Goldman Sachs affirme qu’il faut quadrupler la production dans les 10 ans à venir.

Il existe des alternatives envisageables aux batteries Li-ion. Il s’agit de celles dites sodium-ion qui sont en développement depuis les années 2010. Elles sont moins chères et contournent le problème des réserves. En revanche, elles sont encore peu performantes. Il en va de même pour les accumulateurs lithium fer phosphate.

L’impact de son extraction

Le Li métallique réagit avec l’oxygène, l’azote et la vapeur d’eau de l’air. À cet effet, sa surface devient un mélange de LiOH corrosif. Son pH est fortement basique et est composé de Li₂CO₃ et de Li₃N. Il faut alors porter une attention particulière aux organismes aquatiques exposés à la toxicité des sels de Li.

Par ailleurs, l’extraction du métal alcalin agit grandement sur l’environnement. En effet, le procédé consiste à pomper la saumure du sous-sol des lacs salés. Ensuite, il faut augmenter la salinité de ce produit par évaporation. Après cela, il convient de purifier et de traiter la saumure du chlore. Cela permet d’obtenir le Li₂CO₃ pur à 99 %. Enfin, le carbonate de lithium subit une calcination à haute température afin d’obtenir de l’oxyde Li₂O.

Il convient de prévoir du carburant en quantité pour pomper la saumure. L’évaporation requiert également de larges espaces de salins. La calcination du Li₂CO₃ nécessite de l’énergie et libère, comme tout processus physique, du CO₂. Les populations vivant près des sites d’extraction se plaignent souvent de la contamination des sols à cause du procédé. Une multiplication des cancers a également été constatée autour des lacs asséchés en raison des solvants utilisés pour la production. Ce cas se manifeste notamment sur le plateau tibétain. La présence de lithium dans les sources d’eau provoque aussi des intoxications.

Ainsi, avec la hausse constante de la demande et la recherche et l’exploration de nouveaux gisements, le danger est réel. L’association Les Amis de la Terre affirme que cela revient à bafouer les droits collectifs à la terre pour les peuples indigènes. D’ailleurs, la convention 169 de l’OIT prévoit cela.

Le recyclage du lithium

Pendant longtemps, le lithium dans les piles et les batteries était peu recyclé. La raison à cela est le faible taux de collecte ainsi que les prix bas et volatils du métal alcalin sur le marché. Cela s’explique également par les coûts souvent élevés du recyclage par rapport à la production primaire.

La première usine de recyclage de lithium métal et de batteries Li-ion existe depuis 1992 en Colombie-Britannique, au Canada. Aux États-Unis, les batteries Li-ion des voitures électriques sont recyclées depuis 2015 à Lancaster, dans l’Ohio. Sept autres usines ont commencé ou vont commencer cette activité dans ces deux pays.

Le recyclage émerge dans les années 2010 en Europe. Ainsi, des projets voient le jour en Belgique, par l’entreprise Umicore, qui adopte le procédé pyrométallurgique, et en France, par la start-up Récupyl, à Domène, par voie hydrométallurgique. La liquidation judiciaire de Récupyl a eu lieu en 2018.

La Société nouvelle d’affinage des métaux (SNAM) ouvre également ses portes à Viviez (Aveyron). Il s’agit d’une filiale de la holding belgo-floridienne qui retraite 6 000 t d’accumulateurs par an, dont 8 % concernent des batteries d’automobiles en 2017. Depuis 2018, elle fabrique aussi des batteries avec des composants recyclés.

Par ailleurs, en 2019, une autre usine de fabrication en série a ouvert ses portes dans l’Aveyron. Celle-ci a une capacité de 20 MWh par an. L’entreprise compte s’améliorer et passer à 4 000 MWh par an vers 2025. Les constructeurs automobiles ne veulent pas de batteries recyclées en général. À cet effet, la société vise le marché en croissance du stockage de l’électricité dans l’industrie, le bâtiment et les énergies renouvelables.

Plusieurs recherches portent sur les moyens de recycler le Li des batteries. Il reste, cependant, difficile de récupérer celui dans les verres et les céramiques, car il est trop diffus.

La balance commerciale de l’élément

Selon les douanes, la France est une importatrice nette de lithium en 2014. Le prix moyen à l’import étant de 7 900 € par tonne.