Lithium
Le lithium est l'élément chimique de numéro atomique 3, de symbole Li. C'est un métal alcalin, situé dans le premier groupe du tableau périodique des éléments.

Les noyaux des deux isotopes stables du lithium (Li et Li) comptent parmi les noyaux atomiques ayant l'énergie de liaison par nucléon la plus faible de tous les isotopes stables, ce qui signifie que ces noyaux sont en fait assez peu stables comparés à ceux des autres éléments légers. C'est pourquoi ils peuvent être utilisés dans des réactions de fission nucléaire comme de fusion nucléaire. C'est également la raison pour laquelle le lithium est moins abondant dans le système solaire que 25 des 32 éléments chimiques les plus légers. Sa surabondance relative dans la nature par rapport aux prédictions des seules nucléosynthèses primordiale et stellaire s'explique en fait par sa nucléosynthèse interstellaire (phénomène de spallation cosmique) par bombardement d'éléments plus lourds par des rayons cosmiques.

Le lithium joue un rôle important en physique nucléaire. Le lithium sert à la production de tritium par la réaction : 6Li + n → 4He + 3H. Par ailleurs, le deutérure de lithium de formule 6Li2H sert de combustible à la bombe H.

Le lithium pur est un métal mou, de couleur gris argenté, qui se ternit et s'oxyde très rapidement au contact de l'air et de l'eau, prenant une teinte gris foncé virant rapidement à l'anthracite et au noir. C'est l'élément solide le plus léger. Comme les autres métaux alcalins, le lithium métallique réagit facilement avec l'air et avec l'eau. Il est pour cette raison conservé dans de l'huile minérale pour le préserver de l'air.

Le lithium est utilisé pour produire des piles et batteries rechargeables ou à haute tension (65 %), par l'industrie du verre et des céramiques (18 %), des lubrifiants spéciaux, le traitement de l'air vicié par le , par la métallurgie et l'industrie du caoutchouc et des thermoplastiques, la chimie fine, la production d'alliages.

Très réactif, le lithium n'existe pas à l'état natif dans le milieu naturel, mais uniquement sous la forme de composés ioniques. On l'extrait de roches de type pegmatite, ainsi que d'argiles et de saumures. L'élément chimique est utilisé le plus souvent directement à partir des concentrés miniers. Pour l'obtenir industriellement à l'état métallique, on utilise la technique de l'électrolyse en sel fondu (55 % LiCl et 45 % KCl, à ).

Les réserves mondiales de lithium étaient estimées par l'USGS, à la fin de 2010, à  de tonnes, dont 58 % en Bolivie et 27 % en Chine. En , cette estimation de l'USGS est passée à  de tonnes, et l'ensemble des ressources identifiées à  de tonnes, dont 24 % en Bolivie, 22 % en Argentine, 11 % au Chili, 7 % en Australie et 6 % en Chine. La production mondiale, quant à elle, s'est élevée à  en 2020, assurée essentiellement par l'Australie (49 %), le Chili (22 %), la Chine (17 %) et l'Argentine (8 %).

Le lithium est présent à l'état de traces dans les océans et chez tous les êtres vivants. Il ne semble pas avoir de rôle biologique notable car les animaux et les végétaux peuvent vivre en bonne santé dans un milieu dépourvu de lithium. Les éventuelles fonctions non vitales du lithium n'ont pas non plus été élucidées, cependant l'administration d'ions Li+ sous forme de sels de lithium s'est révélée efficace comme thymorégulateur, notamment en cas de trouble bipolaire.

Histoire 

Le lithium (du grec  signifiant « pierre ») fut découvert par le chimiste suédois Johan August Arfwedson en 1817 en analysant de la pétalite (). En 1800 lors d'un voyage en Europe, José Bonifácio de Andrada e Silva découvrit un nouveau minéral sur l'île de Utö dans la commune de Haninge en Suède qu'il nomma pétalite. C'est en analysant cette roche qu'Arfwedson, qui travaillait dans le laboratoire de Berzelius, identifia un nouvel élément jusque-là inconnu. Plus tard, il détecta le même élément dans des minéraux de spodumène () et de lépidolite () eux aussi en provenance de l'île de Utö. C'est pour souligner son origine minérale, contrairement aux deux autres alcalins connus à l'époque le potassium et le sodium qui avaient été découverts dans le règne végétal, que Berzelius suggéra de le nommer lithion.

En 1818, Christian Gmelin (1792-1860) fut le premier à observer que ces sels (de lithium) donnaient une flamme rouge et brillante.

Toutefois, les deux hommes cherchèrent à isoler l'élément de son sel mais n'y parvinrent pas. L'élément fut isolé par électrolyse d'un oxyde de lithium par William Thomas Brande et Sir Humphry Davy.

La production commerciale de lithium commença en 1923 par la firme allemande Metallgesellschaft AG qui utilisa l'électrolyse d'un mélange de chlorure de lithium et de chlorure de potassium fondu.

Les différentes nations impliquées dans le développement de la bombe thermonucléaire à la fin des années 1940 et au début des années 1950 produisent du deutérure de lithium enrichi en lithium 6. Le lithium appauvri est introduit sur le marché des réactifs, augmentant significativement l'incertitude sur la masse atomique du lithium. En conséquence, la masse atomique d'échantillons de lithium (naturels et commerciaux) peut varier entre .

Isotopes 

Les deux isotopes stables du lithium présents dans la nature sont Li et Li, ce dernier étant le plus abondant (92,5 %).

En 2012, les radioisotopes Li, Li, Li, Li, Li, Li, Li, Li et Li ont par ailleurs déjà été observés. Li et Li sont ceux qui ont été découverts le plus récemment, en 2008. Parmi ces isotopes radioactifs les plus stables sont le Li avec une demi-vie de  et le Li avec une demi-vie de .

Abondance

Dans l'univers 

Selon la théorie moderne de la cosmologie, le lithium est l'un des trois éléments synthétisés au cours du Big Bang, sous forme de lithium 7. La quantité de lithium générée dépend du nombre de photons par baryon, mais l'abondance du lithium peut être calculée pour les valeurs couramment admises pour ce nombre. Il existe cependant une contradiction cosmologique concernant le lithium, les étoiles les plus anciennes semblant contenir moins de lithium qu'elles ne devraient alors que les plus jeunes en possèdent plus. Une hypothèse est qu'au sein des étoiles les plus anciennes, le lithium est mélangé et détruit, alors qu'il est produit dans les étoiles les plus jeunes. Bien que le lithium se transmute en deux atomes d'hélium après collision avec un proton à des températures supérieures à  de degrés Celsius, l'abondance du lithium dans les étoiles les plus jeunes est plus importante que les modèles numériques ne le prévoient. En 2017, douze étoiles de la Voie Lactée contenant jusqu'à  plus de lithium que le Soleil ont été observées ; ces étoiles n'ayant pas atteint la phase de géante rouge, le lithium qu'elles contiennent est supposé dater de la formation de celles-ci, mais sa présence demeure largement inexpliquée.

Bien qu'il soit l'un des trois éléments synthétisés à l'origine de l'univers, le lithium, tout comme le béryllium et le bore, est nettement moins abondant que d'autres éléments. Cela s'explique par les faibles températures nécessaires à sa destruction et au manque de processus pour le produire.

Sur Terre 
Le lithium est bien moins abondant que les alcalins et alcalino-terreux usuels (Na, K, Mg, Ca) même s'il est largement distribué dans la nature. Dans la croûte terrestre, les estimations indiquent une concentration variant entre 20 et  (ppm) en poids (c'est-à-dire entre ). À  par kg de croûte terrestre, cela fait du lithium le  sur Terre. Bien qu'il soit présent dans toutes les régions du monde, on ne le trouve pas à l'état de métal pur du fait de sa réactivité importante avec l'eau et l'air. Le lithium est présent en faible quantité dans les roches magmatiques, sa concentration la plus importante étant au sein des granites. Les pegmatites granitiques sont les minéraux présentant la plus forte abondance en lithium, le spodumène et la pétalite étant les sources les plus viables pour une exploitation commerciale. La lépidolite contient elle aussi du lithium en quantité non négligeable. Une autre source de lithium sont les argiles d'hectorite, exploitées notamment par la Western Lithium Corporation aux États-Unis.

Le contenu en lithium total des eaux marines est estimé à  de tonnes, avec une concentration relativement constante comprise entre  ou . On observe cependant des concentrations plus importantes, proches de , à proximité des monts hydrothermaux.

Biologique 
Le lithium est trouvé à l'état de traces dans le plancton, dans de nombreuses plantes et invertébrés à des concentrations variant de 69 à  (ppb). Dans les tissus et fluides vitaux des vertébrés, la concentration varie de . Les organismes marins accumulent davantage de lithium dans leurs tissus que leurs homologues terrestres.

Le rôle du lithium dans le vivant est encore assez obscur mais des études nutritionnelles chez les mammifères l'impliquent comme facteur de bonne santé et suggèrent qu'il doit être considéré comme un élément-trace essentiel avec une DJA de l'ordre de .

En 2011 une étude épidémiologique observationnelle semble indiquer un lien entre le taux de lithium dans l'eau de boisson et la longévité.

Réserves terrestres et production 
En 2020, la production mondiale de lithium est estimée à  par l'USGS, soit un peu moins qu'en 2019 et 2018 (respectivement ), mais bien plus qu'en 2010 (). Les principaux producteurs sont l'Australie (49 %), le Chili (22 %), la Chine (17 %) et l'Argentine (8 %).

Des estimations de production inférieures sont données par BP, avec un total de  en 2018. L'écart porte pour l'essentiel sur l'Australie, dont la production est de  selon l'entreprise.

Concernant les réserves mondiales, les deux institutions s'accordent. En ,  de tonnes de réserves de lithium sont prouvées  qui se répartissent entre la Bolivie (24 %), l'Argentine (22 %), le Chili (11 %), l'Australie (7 %) et la Chine (6 %).

Au rythme de 2018-2020 (), ces réserves () correspondent ainsi environ à  de production.

Les ressources d'autres pays non mentionnés dans ce tableau sont : Pérou , Ghana , Autriche , Finlande , Kazakhstan , Namibie .

Gisements 

Le lithium n'existe, en concentration permettant une exploitation économique rentable, qu'en très peu d'endroits sur Terre. C'est principalement une impureté des sels d'autres métaux alcalins, sous forme principalement de :

 chlorure de lithium LiCl, essentiellement dans les saumures de certains vieux lacs salés continentaux et mélangés à d'autres sels de métaux alcalins, de certaines eaux géothermales ou de champs pétrolifères ;
 silicates, dont spodumène, LiAl () ou pétalite (Li()) dans la pegmatite ;
 hectorite, une sorte d'argile de formule , issue de l'altération de certaines roches volcaniques ;
 jadarite,  qui est un borate ;
 rhassoul, une argile marocaine riche en stevensite ( et lithium).

Le plus grand gisement mondial est le salar d'Uyuni, dans le département de Potosí, dans le sud-ouest de la Bolivie. Représentant un tiers de la ressource mondiale, il intéresse notamment le groupe Bolloré. En , la Bolivie a autorisé l'exploitation du lithium sur le désert de sel fossile d'Uyuni et la création d'une usine d'extraction.

Le second plus grand gisement est le salar d'Atacama, au Chili qui est depuis 1997 le premier exportateur mondial, avec la compagnie allemande Chemetall comme opérateur principal.

L'Argentine possède également un gisement de lithium, au salar del Hombre Muerto, à une centaine de kilomètres au nord d'Antofagasta de la Sierra, dans le nord-ouest du pays, difficile d'accès (seules des pistes en terre naturelle y mènent) mais exploité par FMC depuis 1995.

En Australie Occidentale, dans la pegmatite des mines de Greenbushes, Talison Lithium Ltd extrayait vers 2010-2011 plus de  de concentré de spodumène contenant  de lithium (plus de 25 % de la production mondiale de lithium, dont les réserves prouvées et probables atteignent 31,4 millions de tonnes de minerai renfermant 1,43 % de lithium)). Dans la même région,  a entamé en 2010 l'exploitation à ciel ouvert d'un gîte de pegmatite dans la mine de , proche de Ravensthorpe, visant une production de  de concentré de spodumène à 6 % de  avec coproduction d'oxyde de tantale. En 2012,  de concentré de spodumène ont été produites. Les réserves prouvées et probables sont de  de minerai contenant 1,04 % de  et  de  ).

D'autres gisements sont exploités, notamment des lacs asséchés au Tibet, en Russie et aux États-Unis (Silver Peak, Nevada, exploité par Rockwood Lithium) ou au Zimbabwe (mine de Bikita, à ciel ouvert, avec  de minerai à 4,45 % de ).

Les eaux géothermales de  (Californie) sont aussi riches en lithium que les lacs salés boliviens et chiliens. Leur extraction avait été envisagée, mais la société chargée du projet a fermé ses portes en 2015.

Au Canada, un gisement a été découvert en 2010 aux environs de la Baie James, exploité par plusieurs entreprises, jusqu'à sa fermeture en 2014. Un projet de mine est à l'étude dans l'Abitibi.

En Afghanistan de très importantes réserves ont été mentionnées en  dans la presse.

Europe 
L'Union européenne prévoit une multiplication par 18 de sa consommation de lithium entre 2020 et 2030. Or la quasi-totalité du lithium qu'elle utilise est importée. Une seule mine de lithium est active en Europe, au Portugal : elle extrait  par an qui servent à l'industrie de la céramique. Bruxelles estime que l'Europe pourrait d'ici à 2025 assurer 80 % des besoins de son industrie automobile, principal consommateur. Des chercheurs du Bureau de recherches géologiques et minières français (BRGM) affirment, dans un article paru sur le site , que grâce aux gisements de lithium dans le Massif central ou dans les saumures géothermales d'Alsace, la France pourrait être autonome pour le lithium avec un potentiel dépassant les  de lithium métal. Toutefois, le service géologique des États-Unis (USGS) estime en 2021 les réserves européennes (gisements de taille connue et économiquement exploitables) à , soit 0,7 % des réserves mondiales, et les ressources (gisements découverts ou probables) à 7 % du total mondial. Cela permettrait au mieux de couvrir à peine la moitié de la demande pour les voitures électriques en 2030, selon un analyste de Natixis. En Espagne, l'Australien  mène des recherches pour exploiter une mine à ciel ouvert près de San Jose. En Autriche, à proximité de Wolfsberg,  entend commencer à produire dès 2023. En Alsace, Eramet s'intéresse à la saumure des stations géothermales du fossé rhénan, tout comme , côté allemand. Le projet le plus avancé est celui de  au nord du Portugal, où la société britannique  espère ouvrir prochainement une première mine dans le plus important gisement de spodumène en Europe. La population locale s'oppose à ce projet, craignant que l'extraction de minerais n'endommage les terres alentour.

Le producteur de lithium germano-australien  pratique un minage raisonné de lithium en Allemagne par extraction de saumure avec réinjection de la saumure extraite, réduisant drastiquement son empreinte carbone. Vulcan Energy s’engage en 2021 à fournir à Stellantis entre  d’hydroxyde de lithium sur cinq ans à partir de 2026.

Rio Tinto annonce fin  la suspension de son projet de mine de lithium de la région de Jadar, au sud-ouest de la Serbie, après quatre semaines de manifestations monstres de la part de militants écologistes, qui craignent une pollution des champs de maïs. Le projet prévoyait le début de la commercialisation en 2026 et une production de  par an à partir de 2029, soit assez pour équiper un million de voitures électriques. Le , le gouvernement serbe annonce avoir retiré les permis d'exploitation, mettant un point final au projet.

France 
En France, selon le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), un petit gisement (, encore inexploité) est présent à Tréguennec dans le Finistère et quelques gisements ont déjà été ponctuellement exploités dans de la lépidolite dans le nord-ouest du Massif Central surtout et moindrement dans de la pétalite et amblygonite (à Échassières, Montrebas, Monts d'Ambazac). En 2015, seul le site d’Echassières en fournit (exploité par le groupe Imerys), comme coproduit de l'exploitation de kaolin, sables et granulats. Dans ce cas le gîte est lié à un apex leucogranitique différencié (albitite). Son potentiel a été estimé par le BRGM à  de , à 0,7 %, sous forme de lépidolite disséminée (mica lithinifère), accompagné de  de Sn,  de  et  de Ta-Nb. Le minerai est assez difficile à exploiter en raison de sa richesse en fer et en fluor.

Des indices ponctuels d'une faible présence de minéraux à lithium ont aussi été trouvés en Guyane par le BRGM.

Le BRGM a publié en 2019 un rapport de synthèse sur les ressources en lithium de la France, qui conclut que . Il évalue les ressources en  à  de « ressources mesurées » (gisement de Beauvoir, en exploitation) plus  de « ressources indiquées » (gisement de Tréguennec) et  de « ressources supposées ».

La plaine d'Alsace recèle du lithium dans des aquifères très profonds (entre ), dans des grès déposés il y a  d’années. Le tonnage utile était estimé par le BRGM à environ un million de tonnes de lithium métal en 2017. L’Association française des professionnels de la géothermie (AFPG) évalue en 2021 la coproduction possible de lithium en Alsace à  par an sur dix sites géothermiques. De fait, les sociétés ES Géothermie et Fonroche Géothermie, qui exploitent le sous-sol alsacien pour la production de chaleur et d'électricité par géothermie, annoncent en  que les eaux chaudes qui remontent du sous-sol alsacien contiennent 180 à  de lithium par litre. Elles estiment donc la possibilité de fourniture par site à l'équivalent de  de carbonate de lithium (LCE) par an. Les réserves de LCE du fossé rhénan sont estimées entre 10 et  de tonnes. Les besoins de l'industrie française, notamment automobile, s'élèvent à  de LCE par an ; la France pourrait donc être autonome en approvisionnement.

La recherche de gisements se poursuit en métropole, par exemple en  par une demande de permis exclusif de recherches de lithium et substances connexes (« Permis de bassin de la Limagne », pour cinq ans, sur  dans la région de Clermont-Ferrand), déposée par la société Fonroche Géothermie. Elle fait suite à des études géochimiques du BRGM, qui ont mis en évidence dans le secteur de Riom des eaux souterraines très chaudes contenant  ou plus de lithium.

Production 

L'USGS estime la production mondiale en 2020 à  (2019 : ), dont  en Australie,  au Chili,  en Chine et  en Argentine.

En 2017,  compagnies ont investi  de dollars dans la recherche du lithium, un doublement par rapport à 2016.

Entre 2005 et 2015, la production a augmenté de 20 % par an, passant de  par an. Portée par la demande, cette hausse a eu pour conséquence une augmentation du prix du lithium, qui à son tour a suscité la réouverture de mines fermées antérieurement, comme la mine à ciel ouvert de Mt Cattlin en Australie, ainsi que la relance de la recherche géologique : de nouveaux gisements ont été découverts, dans le Nevada, au nord du Mexique et en Serbie. De nombreux projets de nouvelles mines sont en développement : une étude de Citigroup en a recensé seize, notamment au Canada, aux États-Unis, en Australie et en Argentine. La structure d'oligopole formée par quatre entreprises qui ont produit la majorité du métal consommé en 2014 va disparaître ; ces quatre grands sont les Américains Albemarle (via ses filiales Rockwood Lithium, Talison Lithium) et FMC, le Chilien  (SQM) et le Chinois Tianqi.

Le « triangle du lithium », réparti entre le Chili, l'Argentine et la Bolivie, recèlerait 85 % des réserves mondiales. En Argentine, les investissements d'exploration ont explosé : +928 % depuis 2015. Plus d'une vingtaine d'entreprises étrangères mènent des projets ; deux mines sont en activité et une est en construction en 2019. Au Chili, l'exploitation du lithium est supervisée par l'État et l'organisme gouvernemental Corfo attribue des quotas de production aux entreprises, principalement la chilienne SQM, la chinoise Tianqi, qui a racheté 24 % des parts de SQM en 2018, et l'américaine Albemarle. En Bolivie, le gouvernement d'Evo Morales contrôle l'exploitation du métal, même si sa production est bien inférieure à celle de ses voisins ; la firme nationale YLB a signé des accords de partenariats avec l'entreprise allemande ACI Systems et le chinois Xinjiang Tbea. Des projets de construction d'usines de batteries sont envisagés au Chili et en Bolivie.

Des scientifiques de l’Institut de technologie de Karlsruhe déposent en 2020 un brevet pour un processus d'extraction du lithium contenu dans les eaux profondes du fossé rhénan supérieur lors de leur passage dans les centrales géothermiques. Une installation d’essai est en cours de construction dans une de ces centrales. La concentration en lithium dans ces eaux irait jusqu’à 200 milligrammes par litre. En traitant les deux milliards de litres d’eau du Rhin qui transitent chaque année par les centrales géothermiques, des centaines de tonnes de lithium pourraient être extraites de façon rentable et sans effets négatifs sur l’environnement.

Des chercheurs de l’université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), en Arabie saoudite, affirment en  avoir mis au point une cellule électrochimique permettant d’extraire à un coût intéressant le lithium contenu dans l’eau de mer, dont les réserves sont selon eux  supérieures à celles des gisements terrestres (voir plus haut). Les coproduits de ce procédé seraient de l'hydrogène et du chlore, le premier étant également intéressant pour le secteur des transports.

Propriétés 

Le lithium est le métal ayant la plus faible masse molaire et la plus faible densité, avec une masse volumique inférieure de moitié à celle de l'eau. Conformément à la loi de Dulong et Petit, c'est le solide ayant la plus grande chaleur massique.

Comme les autres métaux alcalins, le lithium réagit facilement au contact de l'eau ou de l'air (cependant moins que le sodium) ; il n'existe pas à l'état natif.

Lorsqu'il est placé au-dessus d'une flamme, celle-ci prend une couleur cramoisie mais lorsqu'il commence à brûler, la flamme devient d'un blanc très brillant. En solution, il forme des ions Li+.

Propriétés physiques 

Le lithium a une masse volumique très faible de , du même ordre de grandeur que le bois de sapin. C'est le moins dense de tous les éléments solides à température ambiante, le suivant étant le potassium avec une densité 60 % plus élevée (). De plus, hormis l'hydrogène et l'hélium, il est moins dense que tous les autres éléments à l'état liquide. Sa densité est de deux tiers de celle de l'azote liquide (). Le lithium peut flotter sur les huiles d'hydrocarbure les plus légères et est, avec le sodium et le potassium, l'un des rares métaux pouvant flotter sur l'eau.

Utilisation 

En 2020, le lithium est utilisé pour réaliser des piles et des batteries au lithium (71 % de la production de lithium), des verres et des céramiques (14 %), pour les graisses lubrifiantes (4 %), et à des taux moindres pour les matériaux comme dans la métallurgie (coulée continue : 2 %), la production de polymères (3 %), ainsi que pour le traitement de l'air (recyclage de l'air dans des espaces confinés : 1 %).

Stockage de l'électricité 

Le lithium est souvent utilisé dans les électrodes de batterie du fait de son grand potentiel électrochimique. Les batteries lithium sont très utilisées dans le domaine des systèmes embarqués du fait de leur grande densité énergétique aussi bien massique que volumique. En 2020, c'est le premier usage du lithium à l'échelle mondiale : 71 %.

Carburant pour fusées et missiles 
Le lithium sous forme métallique ou d'aluminate est utilisé comme additif à haute énergie pour la propulsion des fusées. Sous cette forme, il peut aussi être utilisé comme combustible solide.

Verres et céramiques 
Le lithium est parfois utilisé dans les verres et les céramiques à faible expansion thermique, comme pour le miroir de  du télescope Hale du Mont Palomar ; par ailleurs, il réagit faiblement aux rayons X, les verres au lithium (méta- et tétraborate de lithium) sont donc utilisés pour dissoudre des oxydes (méthode de la perle fondue) en spectrométrie de fluorescence des rayons X.

Graisses lubrifiantes 
La troisième utilisation la plus courante du lithium est celle des graisses lubrifiantes. L'hydroxyde de lithium est une base qui, lorsqu'elle est chauffée avec une graisse, produit un savon composé de stéarate de lithium. Le savon au lithium a la capacité d'épaissir les huiles et il est utilisé pour fabriquer des graisses lubrifiantes à haute température.

Polymères 
Les organolithiens sont utilisés dans la synthèse et la polymérisation des élastomères.

Métallurgie 
Le lithium (par exemple sous forme de carbonate de lithium) est utilisé comme additif dans les laitiers de coulée continue où il augmente la fluidité, une utilisation qui représente 2 % de l'utilisation mondiale de lithium en 2020. Les composés du lithium sont également utilisés comme additifs dans le sable de fonderie pour la fonte afin de réduire le veinage.

Lorsqu'il est utilisé comme flux de brasage pour le soudage ou le brasage, le lithium métallique favorise la fusion des métaux durant le processus et élimine la formation d'oxydes en absorbant les impuretés. Les alliages métallique du lithium avec l'aluminium, le cadmium, le cuivre et le manganèse sont utilisés pour fabriquer des pièces d'aéronefs à haute performance (les  sont utilisés en France sur le Rafale).

Traitement de l'air 
Le chlorure de lithium et le bromure de lithium sont extrêmement hygroscopiques et sont utilisés comme dessiccants.

L'hydroxyde de lithium et le peroxyde de lithium () sont les sels les plus utilisés dans les endroits confinés, comme à bord des engins spatiaux et des sous-marins, pour éliminer le dioxyde de carbone et purifier l'air. L'hydroxyde de lithium absorbe le dioxyde de carbone de l'air en formant du carbonate de lithium et est préféré aux autres hydroxydes alcalins à cause de son faible poids.

En présence d'humidité le peroxyde de lithium réagit avec le dioxyde de carbone pour former du carbonate de lithium, mais libère également de l'oxygène. La réaction chimique est la suivante : 

 + 2  → 2  + 

Pour ces raisons, certains des composés mentionnés, ainsi que le perchlorate de lithium, sont utilisés dans les générateurs d'oxygène qui alimentent les sous-marins en oxygène.

Énergie 
Selon Bernard Bigot, physicien et directeur du projet ITER,  de lithium et 50 litres d'eau suffisent pour extraire les isotopes de l'hydrogène nécessaires à la production de la consommation électrique d'une vie terrestre occidentale, énergie électrique alors produite sans déchet par fusion thermonucléaire.

Médecine 

Le lithium est utilisé depuis longtemps dans le traitement des troubles bipolaires. Il reste le traitement de référence avec lequel les autres thymorégulateurs sont comparés. Le principe actif des sels de lithium est l'ion Li+, bien que les mécanismes d'actions précis soient encore débattus.

Les sels de lithium, comme le carbonate de lithium, le citrate de lithium ou l'orotate de lithium, sont utilisés comme régulateurs de l'humeur pour le traitement des troubles bipolaires (anciennement psychose maniaco-dépressive). Toutefois, ce métal possède une néphrotoxicité non négligeable, et il est nécessaire de réaliser un bilan rénal en début de traitement et de doser le lithium sanguin mensuellement.

Le lithium est aussi utilisé avec certains antidépresseurs tel la fluoxétine pour traiter les troubles obsessionnels compulsifs.

Le gluconate de lithium est utilisé en dermatologie comme anti-allergénique et dans le traitement de la dermite séborrhéique du visage chez l'adulte.

Le lithium est utilisé dans les troubles du sommeil et l'irritabilité en oligothérapie (malgré l'absence d'activité spécifiquement démontrée).

Le lithium pourrait ralentir la progression de la sclérose latérale amyotrophique (SLA), selon les résultats d'une étude pilote publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Autres usages 
 Le lithium est un agent réducteur et/ou complexant utilisé pour la synthèse de composés organiques.
 Les sels de lithium sont utilisés pour le transfert de chaleur par convection.
 Pour la production de tritium par réaction nucléaire, qui est ensuite utilisé pour la fusion nucléaire (cf. section Énergie).
 Le lithium est, avec le potassium, un de deux alcalins possédant un isotope fermionique stable, d'où son intérêt pour l'étude des gaz ultrafroids fermioniques dégénérés.
Le lithium 6 est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du Code de la défense).

Économie, consommation 
La demande ayant explosé, notamment pour la production de batteries lithium-ion pour le marché de l'informatique et de la téléphonie, le prix du lithium est passé d'environ  (350 à près de ) entre 2003 et 2008, et dépasse  en 2017.

Un rapport de la Banque mondiale publié en  prévoit que le développement des accumulateurs électriques utilisés pour stocker l'électricité produite par les sources éoliennes et solaires pourrait entraîner un bond de 1000 % de la demande de lithium, si le monde prend les mesures requises pour contenir l'élévation de la température nettement en dessous de  par rapport aux niveaux préindustriels.

Les analystes de la banque Morgan Stanley prévoient toutefois, en  une chute de 45 % du prix du lithium d'ici à 2021 grâce aux nombreux projets en développement au Chili, qui pourraient augmenter l'offre mondiale de . Les experts de Wood Mackenzie prévoient également que dès 2019, la hausse de l'offre commencera à dépasser celle de la demande et que le niveau des prix déclinera en conséquence.

Selon un rapport gouvernemental chinois cité en  par un média hongkongais, la Chine serait désormais capable de diviser par huit le coût d’extraction du lithium : de  par tonne actuellement facturés en moyenne sur les contrats à longs terme, il passerait à moins de . Avec une telle opportunité et la présence de la quatrième plus grande réserve de lithium au monde dans ses sols, la Chine deviendrait un acteur incontournable dans la production de batteries.

Ressource, environnement

Pénurie 
Le lithium est nécessaire à la fabrication des batteries lithium-ion de voitures électriques et hybrides actuelles. Le risque de pénurie, en l'état actuel des technologies, est important. Le cabinet  estimait en 2007 que les réserves ne suffiront pas même au remplacement initial du parc mondial de voitures, avant même que le recyclage du lithium puisse être pris en compte.

En 2015, une explosion de la demande pour les voitures électriques a entraîné une tension sur le marché du lithium ; les prix du carbonate de lithium ont commencé à grimper en Asie, jusqu'à atteindre des records en . Depuis, avec l'afflux de production, ils ont chuté de 40 %, puis se sont stabilisés autour de  la tonne en 2019. D'après les analystes de Roskill, la demande dépassera 1 million de tonnes d'équivalent carbonate de lithium (LCE) d'ici à 2026, contre un peu plus de  en 2018. Goldman Sachs estime, de son côté, qu'il faudra quadrupler la production dans les dix ans à venir.

Des alternatives aux batteries au lithium sont recherchées : des batteries sodium-ion, en développement depuis les années 2010, pourraient être moins chères et contourner le problème de réserves, mais elles sont encore peu performantes ; de même pour les accumulateurs lithium fer phosphate.

Impact de l'extraction 
Le lithium métallique réagit avec l'azote, l'oxygène et la vapeur d'eau dans l'air. Par conséquent, la surface de lithium devient un mélange d'hydroxyde de lithium (LiOH) corrosif du fait de son pH fortement basique, de carbonate de lithium () et de nitrure de lithium (). Une attention particulière devrait être portée aux organismes aquatiques, exposés à la toxicité des sels de lithium.

L’extraction du lithium a un impact environnemental important. En effet, le procédé d'extraction consiste à :
 pomper la saumure présente dans le sous-sol des lacs salés ;
 augmenter la concentration de la saumure par évaporation ;
 purifier et traiter la saumure au chlore afin d’obtenir le carbonate de lithium () pur à 99 % ;
 effectuer la calcination du carbonate pour obtenir l'oxyde .

Pour pomper la saumure, on a besoin de carburant ; puis, l'évaporation nécessite de larges espaces de salins ; enfin, la calcination du carbonate de lithium libère du .

Les populations locales, aux abords des sites d'extraction, sont affectées par la contamination de leurs sols. Sur le plateau tibétain, autour des lacs asséchés, les cancers se multiplient, du fait des solvants utilisés pour la production, et le lithium présent dans les sources d'eau provoque des intoxications.

Enfin, la croissance de la demande stimule la recherche et l'exploration de nouveaux gisements, ce qui conduit, selon l'association Les Amis de la Terre, à bafouer les droits collectifs à la terre des peuples indigènes, pourtant prévus par la convention 169 de l'OIT.

Recyclage 
Le lithium des piles et batteries est longtemps resté peu recyclé en raison du faible taux de collecte, des prix bas et volatils du lithium sur les marchés, et de coûts réputés élevés du recyclage, comparés à ceux de la production primaire.

La première usine de recyclage de lithium métal et de batteries lithium-ion fonctionne depuis 1992 en Colombie britannique, au Canada. Aux États-Unis, une usine de recyclage de batteries lithium-ion de véhicules électriques fonctionne depuis 2015 à Lancaster (Ohio). Sept autres compagnies localisées au Canada et aux États-Unis ont commencé ou vont commencer le recyclage.

En 2009, le groupe japonais Nippon Mining & Metals annonce qu'il va, avec l'aide du METI et à la suite d'un appel à projets de ce dernier, mettre en fonction dès 2011 une unité industrielle de recyclage des cathodes de batteries lithium-ion, afin de récupérer le cobalt, le nickel, le lithium et le manganèse.

Le recyclage se développe également en Europe, notamment en Belgique, par Umicore à Hoboken, par voie pyrométallurgique, et en France, par Récupyl à Domène, par voie hydrométallurgique. La liquidation judiciaire de Récupyl est prononcée le .

La Société nouvelle d'affinage des métaux (Snam) à Viviez (Aveyron), filiale du holding belge Floridienne, retraite  d'accumulateurs par an, dont 8 % de batteries d'automobiles en 2017 ; elle fabriquera à partir de 2018 des batteries avec les composants recyclés. SNAM ouvrira d'abord au printemps 2018 un atelier pilote de batteries lithium-ion recyclées. Pour la fabrication en série, l'entreprise cherche un nouveau site dans l'Aveyron pour ouvrir en 2019 une usine d'une capacité de  par an. Elle améliorera ensuite les procédés pour passer à  par an vers 2025. Les constructeurs automobiles ne voulant pas de batteries recyclées, la société vise le marché en croissance du stockage de l'électricité dans l'industrie, le bâtiment et les énergies renouvelables.

Des études portent sur de nouveaux moyens de recycler le lithium des batteries. Le lithium contenu dans les verres et céramiques reste toutefois trop diffus pour être récupéré.

Commerce 
La France était importatrice nette de lithium en 2014, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de .

Notes et références

Notes

Références

Voir aussi

Bibliographie

Articles de périodiques 
  
 
 
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Ouvrages 

 
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Rapports 
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Articles connexes

Liens externes 
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 , donne en sous-pages les données connues pour chaque isotope.

Tératogène
Stockage de l'énergie