Une récente expérience menée à l’Université du Michigan a mis au jour une méthode inattendue pour extraire le **lithium** de salins qui étaient auparavant considérés comme peu rentables. Cette innovation pourrait permettre d’exploiter d’immenses réserves de lithium présentes dans des eaux riches en **magnésium**, tout en répondant de manière durable à la demande croissante liée aux batteries, aux véhicules électriques et aux systèmes d’énergie renouvelable.
La **supply chain** de lithium est déjà sous pression, la méthode d’extraction à partir des roches dures s’avérant à la fois coûteuse et nuisible pour l’environnement. D’autre part, les techniques conventionnelles d’extraction des salins reposent sur de vastes étendues d’évaporation, qui nécessitent des quantités considérables de terre et d’eau.
Bien que les salins contiennent plus de la moitié du lithium mondial, beaucoup restent inexploités en raison de la complexité d’extraction liée aux niveaux élevés de **magnésium**.
Problématique du magnésium dans les salins
Les salins riches en lithium se forment naturellement dans des lacs salés ou dans des réservoirs souterrains situés sous des lits de lacs asséchés. En général, les producteurs pompent la saumure dans des bassins peu profonds pour favoriser l’évaporation par l’ensoleillement. En augmentant la **salinité**, les sels se cristallisent et des produits chimiques sont utilisés pour isoler le lithium. Cependant, le magnésium perturbe cette réaction : sa similitude chimique avec le lithium entraîne la formation de solides durant l’évaporation.
Lorsque la concentration de magnésium dépasse six fois celle du lithium, il devient nécessaire d’ajouter des produits chimiques supplémentaires pour l’éliminer, ce qui augmente les coûts et génère des déchets. En conséquence, de nombreuses saumures riches en magnésium sont souvent considérées de faible qualité pour l’extraction du lithium, ce qui concentre la production dans quelques salars d’Amérique du Sud et dans des mines de roches dures.
Les contraintes d’approvisionnement s’annoncent préoccupantes. Selon S&P Global, la demande de lithium pourrait dépasser les capacités d’approvisionnement existantes d’ici 2029. L’exploitation de ressources sous-utilisées, comme les saumures de la formation Smackover en Arkansas, pourrait atténuer cette pression, mais uniquement si de nouvelles méthodes d’extraction permettent de réduire les coûts et l’impact environnemental.
Découverte accidentelle d’une nouvelle membrane
Le groupe du Michigan a fait cette découverte en essayant des membranes destinées à l’électrodialyse. Au lieu d’utiliser un courant électrique, les chercheurs ont déposé de l’eau pure d’un côté d’une membrane chargée négativement et de la saumure de l’autre. Les **ions de lithium** ont migré vers l’eau pure, tandis que le magnésium est resté derrière.
Cette séparation a pris l’équipe par surprise, car dans une électrodialyse traditionnelle, le magnésium devrait se déplacer plus rapidement étant donné qu’il possède une charge positive plus forte. « Cette découverte a été plutôt une surprise », explique le professeur Jovan Kamcev, « nous ne comprenions pas bien sur le moment ». Ce phénomène trouve son explication dans l’équilibre des charges : les ions chlorure traversent la membrane et le lithium les suit pour équilibrer les charges. Toutefois, le magnésium se fixe fortement aux charges négatives de la membrane et s’y trouve piégé.
Lorsque l’électricité est appliquée, le magnésium acquiert suffisamment d’énergie pour traverser et contaminer la solution. Ce processus ne permet pas de séparer le lithium des ions ayant la même charge, comme le sodium. Les chercheurs envisagent donc de combiner cette méthode avec des techniques d’évaporation, des adsorbants sélectifs ou des produits chimiques précipitants pour le lithium.
« La prochaine étape consiste pour les chercheurs à réaliser une analyse des processus et une étude économique pour voir quelles méthodes peuvent être intégrées », précise Harsh Patel, un doctorant impliqué dans l’étude. L’équipe a déjà entamé les démarches pour obtenir un brevet et cherche à s’associer avec des acteurs de l’industrie afin de commercialiser cette technologie.
FAQ
Quelle est l’importance du lithium dans nos technologies modernes ?
Le lithium est essentiel pour la fabrication de batteries rechargeables utilisées dans des dispositifs électroniques, véhicules électriques et systèmes d’énergie renouvelable, jouant un rôle clé dans la transition énergétique.
Comment les saumures riches en magnésium compliquent-elles l’extraction ?
Les niveaux élevés de magnésium interfèrent avec le processus d’extraction du lithium, nécessitant des traitements chimiques supplémentaires qui augmentent les coûts et produisent des déchets.
Quelles alternatives d’extraction sont envisagées ?
Les chercheurs suggèrent d’associer cette nouvelle méthode de séparation à d’autres techniques comme l’évaporation ou l’utilisation d’adsorbants spécifiques pour une extraction plus efficace.
Quelles pourraient être les conséquences de la demande croissante en lithium ?
Une demande accrue pourrait intensifier la pression sur les ressources existantes, entraînant des pénuries et des impacts environnementaux plus importants en raison des méthodes d’extraction traditionnelles.
Où se situent les principales réserves de lithium ?
Les principales réserves de lithium se trouvent principalement en Amérique du Sud, notamment dans les salars du Chili, de l’Argentine et de la Bolivie, ainsi que dans certains gisements de roche dure, comme ceux en Australie.
