Lithium, un élément chimique aux multiples usages
Lithium : définition
Le lithium est un élément chimique solide et appartenant à la famille d'éléments des métaux alcalins. Il est le plus léger de tous les métaux.
Le lithium est de couleur blanc argenté, représenté par le numéro atomique 3. Il a été découvert par le chimiste suédois Johan August Arfwesdon en 1817 dans un silicate d’aluminium naturel : la pétalite. Plus tard, l’élément lithium seul fut isolé des sels de lithium par William Thomas Brande et Humphry Davy.
Ce métal est très réactif et réagit au contact de différents éléments comme l’azote ou l’eau. Avec l’eau, la réaction est dangereuse. Le lithium est également inflammable.
On retrouve le lithium dans la croûte terrestre, comme le nickel ou le cuivre.
Usages et utilisation du lithium
Le lithium possède, en tant que métal alcalin, de nombreuses applications.
Par exemple, le lithium est utilisé pour lustrer des éléments en porcelaine, dans l’industrie du verre ou de la céramique. Dans le domaine pharmaceutique, le lithium se distingue grâce à son mécanisme d’action pour agir sur les troubles bipolaires.
On retrouve également le lithium dans la production de piles alcalines et batteries rechargeables ou à haute tension. À ce titre, l’utilisation du lithium sert d’additif pour allonger la durée de vie des piles et batteries.
Enfin, on dénote de nombreux autres usages du lithium : dans la métallurgie, dans la production de polymère, dans la production d’alliages ou encore pour le traitement de l’air.
Lithium : le cas des batteries de voiture
Historiquement, le lithium était principalement destiné à l’industrie du verre et de la céramique. Aujourd’hui, le premier usage du lithium est la fabrication de batteries. La fabrication de piles et batterie représenterait 65% des usages du lithium. Selon les prévisions, cette part pourrait passer à 85% à l’horizon 2030.
On le sait : les enjeux écologiques imposent à tous les secteurs de se réinventer. Des technologies plus propres et la sensibilisation aux émissions de CO2 jouent en faveur du développement des véhicules électriques équipés de batteries lithium.
C’est pourquoi le marché de l'automobile électrique s’est considérablement développé ces dernières années. Un véhicule électrique, fonctionnant au GNV, ou encore à l’hydrogène, a besoin d’une batterie. Tout comme il peut avoir besoin d’autres éléments comme la pile à combustible par exemple.
Les batteries lithium-ion, précisément, sont une vraie révolution. Elles permettent de générer plus d’énergie et d’avoir une meilleure autonomie par rapport aux batteries à plomb ou nickel. Dans une batterie lithium, on peut stocker jusqu’à 5 fois plus d’énergie que dans une batterie au plomb.
Les enjeux autour du lithium : entre approvisionnement et question du recyclage
La filière mondiale du lithium
Le développement et la fabrication de batteries lithium-ion sont un véritable enjeu de la décennie.
En 10 ans, entre 2010 et 2020, la production mondiale de lithium a augmenté, passant de 28 100 à 82 000 tonnes. On imagine dès à présent que cette demande ne cessera d’augmenter dans les années à venir.
Le lithium est un métal que l’on trouve dans l’écorce terrestre et dans les océans. Il n’est pas disponible à l’état natif directement mais il est présent sous forme d’eau de mer (saumure) ou de réseau de minéraux.
Il existe de nombreuses sources géologiques de concentration de lithium sous forme de gisement situées dans les quatre principaux pays suivants : Australie, Chili, Argentine et Chine.
D’autres pays disposent également de gisement et des projets ambitieux de mine sont en développement pour faire face à la hausse de la demande.
Les problèmes d’approvisionnement en lithium sont-ils inévitables ?
Le lithium est nécessaire à la fabrication de batteries lithium-ion pour les voitures électriques et les voitures hybrides.
Ainsi, la demande en lithium a largement augmenté depuis les dix dernières années. En 2015, par exemple, une explosion de la demande des voitures électriques a été à l’origine d’une tension sur le marché. Le prix du lithium s’était emballé.
On note donc que l’approvisionnement des pays qui ne sont pas producteurs de lithium se fait sur un marché où le prix est difficile à estimer : les prix sont très volatils et fluctuent.
Cependant, il apparaît à ce jour que le lithium n’est pas considéré comme un métal rare. Les ressources estimées à plus de 80 millions de tonnes devraient supporter la transition énergétique du secteur du transport vers les véhicules à batterie.
Globalement, les batteries permettent de ne plus être dépendants des pays qui détiennent des puits de pétrole. En revanche, une nouvelle dépendance se crée par rapport aux pays producteurs de lithium. La Chine est aussi le premier pays fabricant de batteries grâce à la conversion du lithium.
L’Europe, pour qui la production de lithium reste faible à ce jour, entend bien agir pour ne pas souffrir de dépendance vis-à-vis des pays producteurs. Par exemple, les constructeurs automobiles souhaitent être autonomes.
C’est avec cette volonté que sept pays européens (France, Allemagne, Italie, Pologne, Belgique, Suède et Finlande) ont lancé en 2017 l'European Battery Alliance. Cette alliance est souvent surnommée “l’Airbus de la batterie”.
Il s’agit d’un groupe de pays dont l’objectif est la création d’une chaîne de fabrication compétitive et complète de batteries durables.
La chaîne de valeur de l’European Battery Alliance
L’enjeu du recyclage du lithium
Il arrive que les détracteurs des véhicules électriques pointent du doigt le mauvais recyclage du lithium. Ce serait un argument fort en la défaveur du passage au “tout à l’électrique”.
On compte aujourd’hui 220 000 voitures électriques ou hybrides en circulation en France. Elles sont toutes équipées de batterie dont la durée de vie est estimée à 10 ans. D’ici 2027, on considère déjà que 50 000 tonnes de batteries de véhicules électriques seront à recycler. Alors, que penser du recyclage de ces batteries ?
La question est légitime bien sûr et il se trouve qu’elle a déjà une réponse. La filière du recyclage est en pleine structuration. Les résultats à ce jour sont plutôt concluants. Par exemple, en France, on estime que le taux de recyclage des batteries à lithium atteint 65%.
Pour ce faire, le recyclage des batteries passe par différentes étapes : le démontage, le broyage des éléments, la récupération des métaux utilisés grâce à leur fonte. L'European Battery Alliance précédemment citée, devrait aussi donner lieu à l’accélération de la filière recyclage en Europe.
Enfin, rappelons que les véhicules circulant à l’aide d’une batterie à lithium représentent la meilleure alternative au regard des enjeux climatiques. À titre d’illustration, une voiture électrique émet jusqu’à 3 fois moins de gaz à effet de serre qu’un véhicule thermique.
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