L’or blanc, aussi et surtout connu sous le nom de lithium est aujourd’hui l’un des matériaux les plus précieux, puisqu’il est à la base du fonctionnement des appareils technologiques de notre quotidien. C’est notamment le métal utilisé pour alimenter les batteries au lithium de nos smartphones, voitures électriques ou encore des batteries électriques pour panneaux solaires.
Ce précieux élément chimique, très convoité partout dans le monde n’est pourtant pas exempt de défauts et les problématiques posées par l’extraction massive de ce métal commencent à apparaître.
Les informations à retenir :
Le lithium, un élément clé dans les technologies modernes, notamment les batteries, joue un rôle crucial dans la transition énergétique, mais son extraction et son utilisation soulèvent des questions environnementales importantes :
Utilisation et demande croissante : Le lithium est essentiel pour les batteries de voitures électriques et d’autres appareils électroniques, avec une demande en forte hausse.
Extraction et impact environnemental : L’extraction du lithium, principalement en Amérique du Sud, en Chine et en Australie, nécessite beaucoup d’eau et peut impacter les écosystèmes locaux.
Augmentation du prix : Le prix du lithium a explosé en raison de la forte demande, dépassant la production mondiale actuelle.
Défis du recyclage : Le recyclage des batteries au lithium est en développement, présentant des défis techniques et environnementaux.
C'est quoi le lithium ?
Le lithium est un métal ayant comme particularité chimique d’être composé des plus petits atomes possibles pour un solide. C’est donc le métal le plus léger avec la capacité calorifique la plus élevée des métaux. Cette particularité chimique est la raison pour laquelle il est préféré à d’autres métaux comme le plomb pour de nombreux usages. La densité d’énergie massique (la capacité de puissance compactable) est meilleure pour le lithium. Concrètement, pour prendre l’exemple d’une batterie, la puissance d’une batterie de 30 kg utilisant du lithium sera plus importante que pour une batterie de 30 kg de Plomb. De plus, elle possède de nombreux autres avantages comme une sensibilité moins élevée aux charges/décharges.
Où trouve-t-on l'or blanc ?
Carte des dépôts et Lithium dans la monde. Source : reuters.com
L’or blanc est une ressource très présente sur toute la planète, cependant, il ne peut être extrait que lorsqu’il est présent en forte densité, sous la forme d’argile, de pegmatite ou de saumure (dans l’eau). De plus, tous les gisements ne se valent pas, la qualité du lithium extrait n’est pas le même et leur utilisation va différer en fonction des situations de production.
Ce sont la Bolivie et la Chine qui ont les plus gros potentiels de gisement de lithium au monde, cependant, les pays qui extraient le plus de lithium sont les États-Unis, l’Australie, le Chili, l’Argentine et la Chine.
Le lithium devient de plus en plus une ressource stratégique convoitée, des gisements ont été récemment découverts en Afghanistan.
En Europe, il existe quelques gisements, notamment en Serbie, Portugal, Allemagne, Tchéquie et France. Toutefois, les projets de minages devraient rester faibles pour ne pas générer de risques pour l’environnement. Le gouvernement français a pourtant lancé un appel à projet pour l’extraction de ces gisements dans les années à venir. En Alsace, les premiers kilos de lithium haute qualité ont été extraits en janvier 2022.
Comment est-il extrait ?
Comme mentionné précédemment, à l’état naturel, il se trouve soit sous forme d’argile, de pegmatite (roche) ou dans des poches d’eau souterraines.
Pour miner le lithium présent sous forme d’argile ou de roche, il faut construire une mine pour extraire et séparer l’or blanc des autres matières. C’est une technique au processus complexe. Pour l’extraire, des hectares de roches et de sables doivent être déplacés, au détriment de la faune, de la flore et des habitants de la zone.
Dans le cas des poches d’eau souterraines riches en lithium, l’eau est pompée à la surface dans des bassins, puis on attend que le liquide se soit évaporé pour ne laisser que le dépôt de lithium que l’on vient récupérer par la suite. Pour extraire le lithium de ces couches souterraines, des quantités très importantes d’eau doivent être utilisées, souvent détournées depuis des puits ou des rivières de la région, là aussi au détriment de la faune, de la flore et des humains.
Comment est utilisé le lithium ?
Répartition des utilisations du lithium dans le monde (en 2020).
Piles et batteries
Verres et céramiques
Graisses lubrifiantes
Polymères
Poudres métallurgiques (Coulée continue)
Traitement de l’air
Autres usages
Source : USGS
Le lithium étant un métal avec des propriétés spécifiques, il a de nombreux champs d’application. Il peut, par exemple, être utilisé dans des verres et des céramiques. On l’utilise notamment dans la production de miroir de télescopes. Mais on peut aussi le retrouver dans le carburant des fusées. Il est aussi utilisé en médecine dans le traitement de troubles bipolaires, contre la dépression, ou encore les troubles du sommeil.
Mais l’utilisation majeure du lithium se trouve dans la composition de piles et de batteries.
Comment fonctionnent les panneaux solaires photovoltaïques ?
La transition énergétique et les préoccupations environnementales ont poussé de nombreuses personnes à se tourner vers les énergies renouvelables. Parmi elles, l’énergie solaire occupe une
Les batteries au lithium
Depuis les plus petites piles boutons, jusqu’aux batteries de voitures électriques, en passant évidemment par les batteries de smartphones ou de panneaux solaires, l’utilisation principale du lithium, c’est le stockage d’électricité.
Le lithium ayant la particularité d’avoir un grand potentiel électrochimique ainsi qu’une densité énergétique importante, c’est le métal privilégié depuis plusieurs décennies pour composer les batteries de notre quotidien.
Bien que les batteries au lithium-ion présentent plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de stockage électrique comme les batteries à plomb ouvert ou les batteries GEL, cette technologie n’est tout de même pas parfaite. Outre les problématiques qui sont peu à peu réduites grâce aux améliorations technologiques comme les risques de surchauffe ou de court-circuit, les batteries au lithium sont sensibles (comme pour les autres technologies) aux cycles de charge/décharge.
C’est-à-dire, qu’elles s’endommagent lorsqu’elles sont trop souvent déchargées/rechargées et surtout lorsque ces cycles atteignent les limites de capacités de la batterie. Ces spécificités font que les batteries au lithium ne sont pas optimales pour certaines utilisations, comme le stockage d’énergie solaire, qui va induire des cycles de charge/décharge importants. Dans ce cas, il faut privilégier, dans la limite des possibilités, l’utilisation de système de stockage thermique.
Pourquoi le prix du lithium n'arrête pas d'augmenter ?
Évolution du prix de la tonne de lithium dans le monde. Source : Trading Economics
Le prix du carbonate de lithium a explosé en ce début d’année 2022 en atteignant les 45 000€ pour une tonne. À titre de comparaison, il y a 1 an, une tonne avait un prix de 6 430€.
L’explosion du prix du lithium est directement généré par une forte augmentation de la demande, notamment en Europe. En effet, suite aux différentes mesures de l’Union Européenne visant à réduire les émissions de CO2 des véhicules, les constructeurs basculent en grande partie vers la production de voitures électriques. Le taux d’émission moyen de CO2 des véhicules neufs produits à partir de 2030, devra être de 59g/km contre 95g/km en 2021. C’est en réaction à ces annonces que plusieurs constructeurs comme Renault, Mini, Volvo, Mercedes-Benz, Volkswagen, Fiat ou encore Jaguar… ont annoncé se retirer du marché des voitures à combustion à partir de 2030 (en Europe).
Par conséquent, d’après les prévisions, en 2030, en Europe, les besoins en lithium dépasseront les 500 000 tonnes/an, dépassant la production mondiale actuelle de 82 000 tonnes/an.
En plus de l’extraction, le raffinage du lithium (afin qu’il soit d’assez bonne qualité pour être utilisé dans des batteries) est difficile, l’offre a donc déjà du mal à satisfaire la demande. La Chine a notamment ralentit ponctuellement le raffinage du lithium sur son territoire afin de réduire ses émissions de CO2 pour les Jeux Olympiques d’hiver 2022. L‘Australie, plus gros producteur de lithium du monde, a aussi subi de gros ralentissement dans l’extraction et le raffinage à cause des restrictions sanitaires actuelles.
Bien que l’on puisse s’attendre à ce que le prix de la tonne de lithium redescende une fois que la production en Chine et en Australie seront relancées, sur le long terme son prix va inexorablement continuer d’augmenter en raison de la très forte demande. D’autant plus que les nouveaux projets de minages des gisements encore inexploités ne seront pas suffisants pour assurer la demande attendue à horizon 2030.
Quel est son impact sur l'environnement ?
Au-delà de son prix en augmentation et des problématiques de production, l’augmentation du volume d’extraction dans le monde aura un impact néfaste sur l’environnement à plusieurs niveaux.
Une problématique amplifiée par le fait que le lithium est utilisé pour produire des solutions de stockage d’énergie pour les voitures électriques ou pour l’autoconsommation photovoltaïque (supposées être des démarches « propres » pour l’environnement).
Comment fonctionne l’autoconsommation ?
L’autoconsommation prend de plus en plus de place dans les foyers. Le nombre d’installations a considérablement augmenté depuis une dizaine d’années. Basée sur l’utilisation d’énergies
L'extraction du lithium
Le premier impact écologique induit par la production de batteries au lithium se retrouve dès son extraction.
Que ce soit pour extraire un gisement d’argile, de roche ou d’eau souterraine (saumure), l’extraction du lithium demande des ressources importantes. Il est estimé, que près de 2 millions de litres d’eau (2 tonnes d’eau) sont nécessaires pour extraire 1 tonne de lithium.
L’une des régions les plus riches en lithium au monde est le Salar d’Atacama au Chili. Les mines de lithium dans cette région extrêmement aride consomment 65% de l’eau disponible dans la zone, forçant les habitants à se déplacer pour aller chercher de l’eau ailleurs, générant des conflits, des désastres écologiques et humains dans la zone.
Crédit photo : Marion Esnault/Reporterre
Autre exemple, dans la rivière voisine de la mine de Tagong au Tibet, des enquêtes ont révélé que des fuites provenant des piscines d’évaporation, avaient généré pendant plusieurs mois une forte pollution provoquant la mort des poissons et des animaux consommant l’eau de la rivière.
Source : The Washington post
Le recyclage du lithium
Une fois l’or blanc extrait, raffiné puis commercialisé sous forme de batterie (notamment), que ce soit pour les voitures électriques, le stockage solaire ou autre. Vient une nouvelle problématique, comment allons-nous pouvoir recycler le lithium ?
Il existe plusieurs solutions potentielles pour permettre le recyclage des batteries au lithium, qui est théoriquement un métal recyclable. Cependant, alors que la demande mondiale explose, les problématiques liées au recyclage des batteries au lithium ne sont pas suffisamment abordées.
La filière du recyclage des batteries au lithium est encore au stade d’éclosion. Des techniques comme la pyrométallurgie et l’hydrométallurgie sont testées, améliorées ou parfois abandonnées car étant soit trop polluantes soit, pas suffisamment efficaces. Des projets comme le centre de recyclage de Duesenfeld en Allemagne testent de nouvelles techniques prometteuses.
Dans le même temps, les pistes du reconditionnement des batteries pour leur donner une nouvelle vie sont aussi fortement envisagées afin de rallonger leur durée d’utilisation. Une batterie peut ne plus être en assez bon état pour alimenter une voiture mais disposer de suffisamment de puissance pour être exploitée dans un système de stockage d’autoconsommation.
Concrètement, aujourd’hui, en France c’est seulement un peu plus de la moitié des batteries de véhicules électriques qui sont revalorisées (65% pour les voitures Renault). La responsabilité du recyclage de ces batteries revenant, d’après l’article R543-130 du code de l’environnement, aux constructeurs.
Si l’augmentation de la demande en batterie au lithium continue d’augmenter à ce rythme, d’ici 2027, il faudra que les capacités de recyclage ai triplé, alors que nous n’avons pas encore standardisé de procédé. Imaginez 2030, et ses 500 000 tonnes de lithium à recycler par an.
Si ces batteries, au lieu d’être recyclées, venaient à être stockées dans des décharges géantes, elles risqueraient de polluer l’eau des alentours.
Pourquoi le stockage est important dans le développement des énergies renouvelables ?
Dans un contexte où les énergies renouvelables sont au cœur des débats sur l’avenir du mix énergétique français, la question du stockage représente une question incontournable. Pilier
Que devons nous attendre du lithium ?
Bien que la technologie de la batterie lithium-ion soit l’une des meilleures solutions actuelle pour le stockage d’énergie sous forme électrique, la demande et les attentes qu’elle génère semblent beaucoup trop importantes. À la fois par rapport aux capacités d’extraction mondiale qui sont insuffisantes et surtout vis-à-vis des répercussions écologiques que génèrerait la production et le recyclage de plus de 500 000 tonnes/an (seulement pour l’Europe).
Des techniques alternatives doivent être développées en parallèle de l’essor de l’or blanc pour réduire l’impact environnemental de son extraction et permettre un développement durable et soutenable.
Plutôt que d’envisager de rendre le parc automobile européen entièrement électrique, nous pourrions par exemple opter pour un mix énergétique construit autour de plusieurs sources d’énergies, en sélectionnant les moins polluantes possibles. La piste des voitures à hydrogène ou à biocarburant sont des alternatives prometteuses. La production de voitures thermiques peu consommatrices, qui viendraient prendre une petite part de ce mix semble aussi envisageable.
Dans le bâtiment et le logement, très souvent, pour stocker l’énergie de source renouvelable, une « batterie thermique » comme Inelio est mieux indiquée qu’une batterie électro-chimique au lithium (80% des cas d’après l’ADEME). En choisissant les solutions technologique les mieux adaptées, on peut faire baisser drastiquement la demande potentielle en lithium.
Du côté des batteries électro-chimiques, également, d’autres alternatives voient le jour, comme les batteries à eau salée (sodium-ion). Plus encombrantes et moins puissantes que le lithium aujourd’hui, cette technologie est tout de même plus écologique et mieux adaptée aux cycles de charge/décharge dont nous avons besoin.
Questions fréquentes ?
Comment recycler une batterie au lithium ?
Pour les petites batteries au lithium, vous pouvez vous rendre dans un point de collecte prévu à cet effet, souvent à l’entrée des centres commerciaux. Pour les batteries de taille moyenne, vous devez amener votre batterie dans une déchèterie et la déposer dans l’emplacement dédié. Pour les batteries de voitures électriques, rapprochez-vous de la société de location de la batterie et/ou de son constructeur.
Une fois la batterie récupérée, elle sera potentiellement recyclée (5% des cas aujourd’hui en France) ou stockée en attendant une solution de recyclage standardisée pour les batteries au lithium.
Comment est extrait le lithium ?
Le lithium est soit extrait dans des mines d’argile (ou de roche puis trié), soit pompé depuis les sources d’eau souterraine riche en lithium (déposé dans une piscine d’évaporation puis récupéré une fois l’eau évaporée).
Dans quoi trouve-t-on du lithium ?
On le retrouve dans des verres et des céramiques. Mais on peut aussi le retrouver dans le carburant des fusées. Il est aussi utilisé en médecine dans le traitement de troubles bipolaires, contre la dépression, ou encore les troubles du sommeil. L’utilisation majeure du lithium se trouve dans la composition de piles et de batteries.
Comment charger une batterie au lithium ?
Pour une performance et une durée de vie optimale d’une batterie lithium, voici les règles à respecter :
- Éviter que la batterie se décharge totalement
- Viser un niveau de charge optimal (entre 30 à 70%)
- Ne pas laisser la batterie charger trop longtemps une fois la charge complète
- Éviter les températures extrêmes (en dessous de -10°C et au dessus de 40°C)
Comment éteindre un feu de batterie lithium ?
Premièrement, respecter le protocole « alarmer, sauver, éteindre ». Alertez les secours, évacuez toutes les personnes dans les pièces et enfin tentez d’éteindre le feu.
Utilisez un extincteur AVD spécialement prévu pour éteindre une batterie au lithium. Ce dernier utilise une formule à base de silicates d’Aluminium-Fer-Magnésium, un mélange de vermiculite et d’eau.
Si vous n’avez pas d’extincteur AVD sous la main, vous pouvez utiliser du sable.
Comment est fabriqué une batterie au lithium ?
Une batterie au lithium est constituée de deux électrodes :
- L’anode qui stocke le lithium et qui est fait de carbone
- La cathode qui stocke le lithium composé d’un mélange chimique d’oxyde de métal
Ainsi que d’un séparateur qui va bloquer le flux d’électrons négatifs et positifs dans la batterie tout en laissant passer les ions. Et enfin, le liquide électrolyte placé entre les deux électrodes qui va transporter positivement ou négativement les ions de lithium de l’anode à la cathode en fonction de si la batterie est en train de se charger ou de se décharger.
Pourquoi utiliser du lithium dans les batteries ?
Le lithium est hautement réactif, c’est donc potentiellement le métal le plus adapté pour le stockage d’électricité. Il a aussi la particularité d’être extrêmement léger par rapport aux autres métaux, permettant plus de puissance dans un volume réduit comparé à d’autres métaux.
Qui a inventé la batterie au lithium-ion ?
La première batterie li-ion a été inventée en même temps et indépendamment par deux chercheurs, à savoir à la fin des années 1970 par Stanley Whittingham (Anglais) mandaté par Exxon et par Rachid Yazami (Français) en 1980. Enfin, le concept de batterie au lithium est amélioré par John Goodenough (Américain) et Akira Yoshino (Japonais).
La première batterie lithium-ion a été commercialisée en 1991.
