Séparation directe durable du lithium pilotée par l’hygroscopicité

Une manière plus rapide et plus douce d’obtenir du lithium

Le lithium alimente les batteries de nos téléphones, ordinateurs portables et voitures électriques, pourtant son extraction reste lente, très consommatrice d’eau et gourmande en énergie. Cette étude décrit une nouvelle façon d’extraire le lithium des résidus solides issus de l’exploitation minière, en utilisant rien d’autre que l’humidité naturelle de l’air. Pour les lecteurs concernés par les énergies propres, la rareté de l’eau et les impacts miniers, elle offre un aperçu de la manière dont on pourrait augmenter les approvisionnements en lithium tout en réduisant leur empreinte environnementale.

Pourquoi le lithium actuel a un coût élevé

La production moderne de lithium repose principalement sur deux voies : l’évaporation de saumures dans d’immenses bassins ou l’extraction et le traitement de minerais en roche dure. L’évaporation des saumures est peu coûteuse mais peut durer plus d’un an et consommer d’importantes quantités d’eau douce dans des régions déjà arides. L’exploitation des roches dures est plus rapide mais exige beaucoup d’énergie et génère des déchets considérables. Les méthodes émergentes d’« extraction directe du lithium » promettent des séparations plus propres grâce à des membranes ou des agents chimiques spéciaux, mais ces approches nécessitent généralement de l’électricité, des réactifs et un contrôle précis, ce qui rend leur mise à l’échelle coûteuse. Le défi fondamental est que le lithium se trouve le plus souvent associé à des sels abondants contenant du sodium, du potassium, du magnésium et du calcium, et séparer cette petite fraction proprement s’est avéré difficile.

Laisser l’affinité du lithium pour l’eau faire le travail

Les chercheurs ont réalisé que l’hydrate de chlorure de lithium, un sel contenant du lithium courant dans les scories minières, a une forte tendance à absorber l’eau de l’air. Lorsque l’humidité ambiante est modérée — environ 12 % à 30 % — ce minéral commence à capter de petites quantités d’humidité, finissant par se dissoudre en un liquide tandis que des sels voisins comme le sel de table (chlorure de sodium) et les sels communs de potassium, magnésium et calcium restent solides. En maintenant soigneusement des mélanges de ces minéraux à une humidité contrôlée, l’équipe a montré que seules les cristaux contenant du lithium se liquéfient, créant des gouttelettes de solution riche en lithium qui peuvent être drainées. Autrement dit, le désordre de la vapeur d’eau dans l’air est exploité pour entraîner spontanément l’étape de séparation du lithium, sans apport supplémentaire de chaleur, de produits chimiques ou d’eau.

Comment fonctionne le procédé à humidité contrôlée

Pour rendre ce principe pratique, l’équipe a construit une chambre à humidité contrôlée où de l’air sec est fait passer à travers un lit de minéraux mélangés ou de vraies scories minières. À mesure que l’air circule, le sel de lithium absorbe l’humidité et fond en un petit volume de liquide. Un léger vide aspire alors ce liquide vers le bas à travers un filtre, le séparant des sels encore solides. En réglant la vitesse d’écoulement de l’air humide et le degré de tassement du lit minéral, ils peuvent accélérer l’absorption d’humidité et s’assurer que le liquide riche en lithium est évacué avant qu’il ait le temps de redissoudre des sels indésirables à proximité. Dans des conditions optimisées, ils ont récupéré jusqu’à 96 % du lithium, en le concentrant à près de 100 000 parties par million — bien plus riche que les solutions d’alimentation industrielles typiques — en l’espace de minutes à heures plutôt que de mois.

Preuve de fonctionnement en dehors du laboratoire

Au-delà d’échantillons soigneusement mélangés, les chercheurs ont testé de vraies scories provenant d’une opération d’extraction de lithium par saumure. Ce matériau contenait du lithium aux côtés de plusieurs autres sels et impuretés, similaire à ce qui est stocké en tas sur des sites réels. Dans leur dispositif, trois cycles d’extraction rapides ont récupéré plus de 80 % du lithium en environ une heure, produisant des solutions beaucoup plus concentrées que celles utilisées dans la production standard de carbonate de lithium. Ils ont également simulé des conditions saisonnières du désert d’Atacama au Chili, où fonctionnent de nombreux bassins de saumure, en ajustant humidité, température et vitesse du vent à des valeurs réalistes. Même sous ces conditions naturelles fluctuantes, le procédé a régulièrement récupéré plus de 80 % du lithium en environ une à trois heures, montrant qu’il peut fonctionner de manière robuste sur le terrain.

Mise à l’échelle avec du matériel simple

Pour explorer le déploiement en conditions réelles, l’équipe a conçu un module vertical simple, à peu près comme une colonne creuse remplie de scories entre deux parois. De l’air humide est aspiré à travers les sels tassés, un liquide riche en lithium se forme puis dégoutte dans un collecteur à la base. Lors des essais, ce module a traité plusieurs kilogrammes de scories par jour et par mètre de hauteur et a produit des solutions de lithium très concentrées, surpassant de nombreuses technologies d’extraction existantes à la fois en vitesse et en concentration de sortie. Parce qu’il repose sur des matériaux de base et des conditions ambiantes, ce concept modulaire pourrait être ajouté aux sites miniers actuels ou utilisé dans des installations centralisées qui conditionnent l’air de manière plus précise.

Ce que cela signifie pour des batteries plus propres

En termes simples, l’étude montre que l’on peut exploiter l’appétit naturel du lithium pour l’eau afin de l’extraire rapidement de déchets solides complexes avec peu d’énergie, d’eau ou de produits chimiques ajoutés. Plutôt que de construire toujours plus de bassins d’évaporation ou d’usines chimiques, cette approche laisse l’atmosphère effectuer une grande partie du travail de séparation. Bien que des travaux d’ingénierie supplémentaires soient nécessaires pour mettre la technologie à l’échelle, l’intégrer aux étapes de raffinage existantes et tester d’autres types de matériaux contenant du lithium, le concept ouvre la voie à des approvisionnements de lithium plus durables. Cela pourrait à son tour aider à garantir que la transition vers les énergies propres ne repose pas sur des pratiques minières qui mettent à rude épreuve les ressources en eau et les écosystèmes.

Citation: Chen, H., Yang, M., Zheng, S. et al. Hygroscopicity-driven spontaneous sustainable direct lithium extraction. Nat Commun 17, 4085 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70720-9

Mots-clés: extraction du lithium, déchets miniers, matériaux hygroscopiques, matières premières pour batteries, exploitation minière durable