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Lorsque le mot « lithium » fait surface, la plupart des gens pensent immédiatement aux batteries. Ce métal alcalin mou est l'épine dorsale de la technologie lithium-ion, alimentant les smartphones, les écouteurs, les montres intelligentes, les véhicules électriques et même les piles jetables courantes.
Les marques ménagères comme Energizer produisent des piles AA qui dépendent en grande partie du lithium. Si ces piles jetables sont souvent jetées après une seule utilisation, leur teneur en lithium est rarement récupérée. Même les unités rechargeables ont une durée de vie limitée et sont fréquemment jetées, laissant le métal non raffiné et effectivement gaspillé.
Avec des milliards de batteries jetées chaque année, il est naturel de se demander :sommes-nous à l’approche d’une pénurie de lithium, et qu’est-ce que cela signifierait pour notre monde axé sur la technologie ?
Le lithium est une ressource limitée et son extraction est concentrée dans les pays en développement où la surveillance environnementale et éthique peut être limitée. Même si les perturbations de la chaîne d’approvisionnement présentent un risque immédiat plus élevé qu’un épuisement mondial, les perspectives à long terme pour le lithium sont mitigées. Les études géologiques confirment que la croûte terrestre contient d'importantes réserves, mais le défi réside dans leur extraction économique.
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La vulnérabilité du marché mondial du lithium dépend davantage des pays producteurs que des réserves totales. L’US Geological Survey décrit les réserves mondiales de lithium comme « relativement abondantes » et les progrès de la technologie d’extraction augmentent continuellement la quantité de lithium pouvant être extraite. Les estimations actuelles évaluent les réserves extractibles à environ 24 millions de tonnes, un chiffre qui devrait augmenter à mesure que les méthodes s'améliorent.
En 2024, la production mondiale a atteint environ 265 000 tonnes. Pourtant, seuls six pays – l’Argentine, l’Australie, le Brésil, le Chili, la Chine et le Zimbabwe – représentaient près de 40 % de cette production. Même si la majorité du lithium est extraite dans ces pays, les entreprises qui en récoltent les bénéfices sont souvent des multinationales. Par exemple, la société chilienne LSM (La Sociedad Química y Minera) domine l’extraction locale et détient également des participations importantes dans les gisements australiens. Albemarle, dont le siège social est aux États-Unis, exploite des mines aux États-Unis, au Chili et en Australie. Les entreprises canadiennes s'approvisionnent en lithium au Chili et les entreprises chinoises investissent dans les mines australiennes.
Étant donné que les principales sociétés minières opèrent au-delà des frontières, la chaîne d’approvisionnement est intrinsèquement fragile. La décision d'un seul pays de nationaliser ou de restreindre ses ressources en lithium (la décision du Chili en 2023, par exemple) pourrait se répercuter sur le marché mondial, déstabilisant les prix et la disponibilité.
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Si le monde épuise ses stocks de lithium, le secteur des batteries serait confronté à un déficit catastrophique. Les cellules lithium-ion se dégradent naturellement par l'oxydation de l'électrolyte, les cycles de charge répétés et l'usure mécanique, pour finalement atteindre un point où le remplacement est nécessaire. Le taux de recyclage du lithium est alarmant :seulement 5 % environ du métal est récupéré, la majorité étant mise en décharge.
Les constructeurs de véhicules électriques seraient les plus touchés, car presque tous les véhicules électriques dépendent de batteries lithium-ion dont la durée de vie est limitée. Sans lithium neuf pour remplacer les cellules usagées, les nouveaux véhicules stagneraient et les flottes existantes perdraient progressivement leur autonomie. Au-delà du transport, les batteries au lithium alimentent d’innombrables appareils électroniques grand public (écouteurs sans fil, jouets, outils électriques) et jouent un rôle central dans le stockage à l’échelle du réseau qui sous-tend les systèmes d’énergies renouvelables. Une pénurie mondiale de lithium créerait donc une crise énergétique généralisée.
Cependant, l’urgence de remplacer la totalité des composants chimiques des batteries est peut-être exagérée. Si un nouveau matériau pouvait remplacer le lithium dans l'architecture cellulaire existante, les fabricants pourraient continuer à produire les modèles actuels tout en passant à une autre source d'ions.
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Les ingénieurs étudient déjà les batteries sodium-ion comme solution de remplacement viable. Le sodium est abondant – environ 1 200 fois plus que le lithium – et est facilement extrait de l’eau de mer, du sol et même du sel de table. Le faible coût et la haute disponibilité du matériau en font un candidat attrayant.
Le compromis est la performance. Les cellules sodium-ion ont une densité énergétique maximale d’environ 160 Wh/kg, contre 220 Wh/kg pour la technologie lithium-ion. Par conséquent, un pack sodium-ion devrait être environ 30 % plus grand pour offrir la même capacité, ce qui constitue un inconvénient majeur pour les applications sensibles au poids comme les véhicules électriques. De plus, les cellules sodium-ion subissent généralement 5 000 à 6 000 cycles de charge avant de se dégrader, soit environ la moitié de la durée de vie des batteries lithium-ion, qui peuvent atteindre 10 000 cycles ou plus.
Malgré ces limites, les batteries sodium‑ion pourraient encore servir au stockage à grande échelle où le volume est moins critique. Le projet chinois BESS, par exemple, utilise 40 MWh de stockage lithium-ion, illustrant le potentiel des solutions à l'échelle du réseau.
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Au-delà du sodium, les chercheurs évaluent un éventail d’alternatives, depuis les produits chimiques à l’état solide jusqu’aux concepts non conventionnels comme les batteries liquides et les cellules à base d’eau de mer. Les batteries liquides envisagent un avenir dans lequel les véhicules recevront de l'électrolyte frais et préchargé, un peu comme le ravitaillement d'une voiture à essence, éliminant ainsi le besoin d'une infrastructure de recharge traditionnelle. Les batteries à semi-conducteurs éliminent complètement l'électrolyte liquide, en utilisant des matériaux solides tels que des sulfures, des oxydes ou des polymères pour conduire les ions. Une ligne de travail prometteuse, défendue par le lauréat du prix Nobel JohnGoodenough, propose des électrolytes à base de verre qui pourraient offrir des avantages en termes de sécurité et de performances, bien que la viabilité commerciale reste à prouver.
Bien que les conceptions à semi-conducteurs soient prometteuses, aucun matériau n’a encore égalé la combinaison de densité énergétique, de durée de vie et de coût du lithium. Par conséquent, les leaders de l'industrie continuent d'investir massivement dans le raffinement du lithium-ion tandis que des recherches parallèles explorent des alternatives.