Vers un nouveau procédé d’extraction du lithium plus propre et moins cher

Le lithium est un composant clé des batteries. De fait, avec le développement des véhicules électriques et des équipements portables, la demande n’a fait qu’augmenter, entraînant une multiplication par cinq du prix de carbonate de lithium depuis 2021. Sécuriser l’industrie de ce métal et stabiliser les prix devient donc une nécessité de plus en plus urgente.

Lithium : une production polluante et coûteuse

L’extraction du lithium peut se faire à partir de minerai ou de saumures. Cette dernière méthode est actuellement la plus fréquente et produit environ 70 % du lithium contenu dans les batteries des véhicules électriques. L’extraction du lithium à partir de saumures repose sur l’évaporation solaire, qui permet de séparer les ions Li⁺ des autres ions métalliques présents dans le fluide (Na⁺, K⁺ et Mg²⁺). Toutefois, malgré son faible coût, cette méthode est loin d’être satisfaisante sur le plan environnemental. Elle est de plus lente et très limitée géographiquement, ce type de saumures étant surtout exploitable en Chine et au Chili, où la pollution des sols en lien avec cette industrie devient de plus en plus préoccupante.

Les minerais de lithium comme le spodumène (principalement), la lépidolite, la pétalite ou encore certaines argiles, sont quant à eux distribués de manière bien plus égale à travers le globe. La France en posséderait d’ailleurs d’importantes quantités dans son sous-sol. Toutefois, l’extraction du lithium de ces minerais repose sur un lessivage impliquant actuellement l’utilisation d’acides forts à haute température (1 100°C). Lorsque le minerai est soumis à des températures élevées, sa densité atomique se trouve en effet réduite, ce qui facilite les réactions avec l’acide. Des ions hydrogène vont ainsi venir remplacer les ions lithium, qui se retrouvent libres et peuvent être récupérés. Un procédé efficace qui requiert toutefois un apport énergétique important tout en nécessitant des mesures de sécurité élevées en raison de l’utilisation d’acides très concentrés. Autant de points qui font grimper les coûts de production.

Dans le contexte d’une demande en constante augmentation, il devient donc urgent de développer un procédé permettant de minimiser l’impact environnemental de la production de lithium tout en réduisant les coûts.

Un lessivage électrochimique tout aussi efficace

Une équipe de chercheurs de la Pennsylvania State University présente ainsi une nouvelle méthode de lessivage du minerai qui pourrait offrir une solution intéressante. Le spodumène mélangé à un acide sulfurique est ici soumis à un champ électrique, ce qui permet un lessivage électrochimique : le lithium qui se trouve à l’état solide dans le minerai est dissous sous une forme soluble. L’ajout de peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) comme promoteur facilite de plus le transfert des électrons et donc l’efficacité du lessivage. L’avantage de ce procédé est qu’il ne nécessite pas de températures élevées, de hautes pressions ni d’agents de lessivage hautement concentrés, ce qui facilite sa mise en pratique industrielle et son application à grande échelle.

Les résultats de l’étude, publiée dans la revue Nature communications, révèlent que ce nouveau procédé est aussi efficace que la méthode de lessivage chimique, avec 92,2 % d’efficacité. Il présente de plus d’autres avantages : un temps de traitement plus court et une économie d’énergie. Comparé à l’extraction du lithium par lessivage du minerai à l’acide, ce procédé pourrait ainsi permettre de réduire les coûts de 35,6 %, tout en abaissant les émissions de CO₂ de 75,3 %. Face à l’extraction à partir de saumure, il présente l’avantage d’être bien plus rapide, mais aussi d’offrir un contrôle sur la quantité produite, tout en préservant les sols d’une pollution sur le long terme.

Une production de lithium plus respectueuse de l’environnement

Mais pour l’instant, ce lessivage électrochimique ne permet d’extraire le lithium que sous forme soluble. Pour les chercheurs, la prochaine étape est donc désormais de développer une méthode permettant de récupérer le lithium sous une forme solide, comme le chlorure de lithium ou l’hydroxyde de lithium, pour qu’il puisse être directement utilisé par l’industrie. Cette deuxième étape est nécessaire avant d’envisager tout développement industriel.

Si les résultats sont au rendez-vous, cette innovation pourrait véritablement transformer toute l’industrie du lithium, notamment en alignant la production avec les objectifs environnementaux visant à limiter le réchauffement climatique. Les scientifiques de la Pennsylvania State University restent très confiants face à ces premiers résultats. « Nous pensons réellement qu’il s’agit d’une révolution », explique Feifei Shi, co-auteur de l’étude, dans un communiqué. « L’électrochimie pourrait ouvrir la porte à une recherche interdisciplinaire et d’intérêt autour du traitement des minerais ou des procédés miniers ».