Sera-t-il bientôt possible d’extraire du lithium de l’eau de mer ?

L’eau de mer contient du lithium, un métal utilisé dans la fabrication des batteries de stockage. Mais sa concentration y est tellement faible qu’une exploitation commerciale de cette ressource stratégique n’est actuellement pas envisageable. Des équipes de chercheurs planchent toutefois sur la mise au point de méthodes qui permettraient d’envisager une extraction de lithium de sources non conventionnelles comme diverses sortes de saumures et même de l’eau de mer.

Que ce soit pour l’équipement des véhicules électriques ou le stockage de l’électricité, les batteries sont devenues l’un des maillons essentiels de la transition énergétique. Elles sont aussi de plus en plus utilisées dans ce qu’on appelle les « appareils nomades » : smartphones, tablettes, ordinateurs portables, … mais aussi les outils électroportatifs, les rasoirs ou brosses à dent électriques, etc.

Bien qu’il existe de nombreuses « chimies » permettant de stocker de l’électricité dans un accumulateur, la batterie lithium ion est aujourd’hui encore la plus répandue.
Le lithium est un métal léger qui ne représente que 2 % du poids d’une batterie. Contrairement à la (fausse) rumeur, il est relativement abondant sur terre. Comme le sodium, son cousin de la famille des alcalins (lequel est un des composants du sel de cuisine), on trouve du lithium dans l’eau de mer à raison de 0,18 mg/l. Il y est donc fortement dilué, mais tous les océans de la planète en contiennent quand même 230 milliards de tonnes ! Même sans tenir compte de cette ressource, les réserves mondiales exploitables sont estimées aujourd’hui à 80 millions de tonnes. Au rythme de sa consommation actuelle, on en a pour … plus de 800 ans !

Il y a du lithium en Europe

Pour des raisons économiques le lithium est surtout extrait dans deux types de gisements :

• les « saumures »[1] qui se trouvent dans des nappes souterraines, sous les « salars », c’est-à-dire les déserts de sel présents principalement en Amérique du sud (Bolivie, Argentine, Chili) ;
• certains minerais riches en lithium appelés « spodumènes » ; ils sont exploités un peu partout sur la planète, y compris en Europe, mais ils sont surtout extraits en Australie, dans des carrières à ciel ouvert, où leur concentration en lithium est plus élevée.

Du lithium en quantités non négligeable a été détecté dans les saumures de certaines nappes phréatiques exploitées par des forages géothermiques. Son extraction est notamment envisagée en Alsace et en Allemagne, de l’autre côté du Rhin.
Des carrières de lithium sont aussi en projet dans plusieurs pays européens, notamment en Serbie et au Portugal.

Des sources non conventionnelles

Mais l’explosion attendue de l’usage des batteries fait craindre à certains experts, des soucis en matière d’approvisionnement. Il ne suffit pas de découvrir de nouveaux gisements, encore faut-il pouvoir les exploiter et donc investir dans des infrastructures dont le déploiement dure souvent de nombreuses années.

C’est la raison pour laquelle des scientifiques et des ingénieurs cherchent à tirer parti de sources non conventionnelles de lithium.  Ils s’intéressent ainsi à d’autres saumures que celles qui sont pompées sous les salars d’Amérique latine, notamment aux eaux rejetées par les usines de dessalement, aux eaux usées industrielles ou aux eaux de source riches en lithium mais aussi aux nappes phréatiques[2], aux aquifères profonds et même à l’eau de mer. Les méthodes utilisées vont de l’évaporation à l’utilisation de membranes filtrantes. Des techniques très énergivores et souvent coûteuses.

Les chercheurs cherchent … et trouvent !

A l’Université de Chicago, une équipe dirigée par la professeure Chong Liu a analysé plus de 122 000 sources d’eau non conventionnelles. Et ils sont arrivés à la conclusion qu’un bon nombre d’entre elles contiennent suffisamment de lithium pour qu’il soit intéressant de les exploiter. Pour obtenir ces résultats ils ont eu recours à une technologie dénommée « intercalation électrochimique ». En deux mots, elle consiste à mettre les ions lithium en mouvement en appliquant un courant électrique et à les piéger dans un matériau solide. Nous ne la décrirons pas en détail, les initiés comprendront de quoi il s’agit.

Les chercheurs de Chicago ont découvert que le sodium, contenu en général en quantités beaucoup plus importante dans les saumures et les eaux qu’ils ont analysées, agit comme un concurrent du lithium dans les matériaux utilisés pour piéger les ions. « Cela montre que pour perfectionner la méthode d’intercalation électrochimique le défi consiste à augmenter la sélectivité du matériau pour le lithium par rapport au sodium », expliquent-ils dans un article paru récemment dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

« J’espère que ces résultats encourageront d’autres scientifiques à se joindre à nous pour développer et améliorer cette méthode alternative d’extraction du lithium, notamment en cherchant des matériaux susceptibles d’accroître la sélectivité du lithium », précise madame Chong Liu. S’ils parviennent un jour à extraire de façon économique le lithium de l’eau de mer, la disponibilité de la ressource pour la fabrication des batteries ne sera plus un souci.

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[1] Les saumures : sont des eaux très concentrée en sels et autres éléments solides dissous.  Les saumures se trouvant sous les salars d’Amérique du Sud sont fort chargées en lithium.

[2] Les nappes phréatiques sont de grandes réserves d’eaux souterraines, présentes à faible profondeur dans le sous-sol.