Sciences · Éléments chimiques
Lithium
Le lithium (Li, numéro atomique 3) est le plus léger de tous les métaux, assez peu dense pour flotter sur l’eau. Il est devenu stratégique grâce aux batteries lithium-ion des téléphones et des voitures électriques.
Mis à jour le 4 min de lecture
Le lithium est le premier métal du tableau périodique et le plus léger de tous. Longtemps cantonné aux graisses industrielles, aux verres et à la psychiatrie, il est devenu en une génération l’un des métaux les plus convoités de la planète, car il stocke l’électricité des smartphones, des ordinateurs et des voitures électriques.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Li |
| Numéro atomique | 3 |
| Masse atomique | 6,94 u |
| Famille | Métal alcalin (groupe 1, période 2) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 180,5 °C |
| Ébullition | 1 342 °C |
| Découverte | 1817, Johan August Arfwedson ; métal isolé en 1821 par William Brande |
| Abondance | environ 20 ppm dans la croûte terrestre ; 0,18 ppm dans l’eau de mer |
Propriétés
Le lithium est un métal mou, argenté, qui se coupe au couteau. Sa masse volumique, 0,534 g/cm³, est la plus faible de tous les solides élémentaires à température ambiante : il flotte sur l’eau et même sur l’huile.
Comme les autres métaux alcalins, il possède un seul électron externe qu’il cède facilement pour former l’ion Li⁺ (voir ions). Il réagit avec l’eau en dégageant de l’hydrogène, moins violemment que le sodium ou le potassium, et se ternit à l’air en formant notamment un nitrure. On le conserve sous huile ou sous argon. Sa flamme est rouge carmin, ce qui permet de le repérer en analyse.
Le lithium a aussi le potentiel électrochimique le plus négatif de tous les éléments : c’est ce qui en fait un matériau idéal pour les batteries (voir oxydoréduction).
Isotopes
| Isotope | Part naturelle | Remarque |
|---|---|---|
| Lithium 7 | environ 92,5 % | utilisé dans le contrôle chimique de l’eau de certains réacteurs |
| Lithium 6 | environ 7,5 % | produit du tritium sous l’effet des neutrons ; utile pour la fusion |
Le lithium 7 fait partie des rares noyaux formés pendant le Big Bang, avec l’hydrogène, l’hélium et leurs isotopes.
Où le trouve-t-on ?
Trop réactif pour exister à l’état natif, le lithium se trouve sous deux formes principales :
- dans des roches dures, surtout la spodumène, un silicate de lithium et d’aluminium contenu dans des pegmatites (Australie, Chine, Canada) ;
- dans des saumures de lacs salés asséchés, les salars, concentrés dans le « triangle du lithium » entre le Chili, l'Argentine et la Bolivie.
On en trouve aussi dans certaines argiles, dans les eaux géothermales (fossé rhénan en Alsace) et dans des granites, comme le projet d’Échassières, dans l’Allier.
Production
L'Australie est le premier producteur minier, devant le Chili, la Chine et l’Argentine. La Chine domine en revanche le raffinage et la fabrication des composés de qualité batterie. Dans les salars, la saumure est pompée et concentrée par évaporation solaire dans de grands bassins pendant plusieurs mois, ce qui consomme beaucoup d’eau dans des régions déjà arides. Les minerais durs sont broyés, grillés puis traités chimiquement.
Le métal lui-même s’obtient par électrolyse d’un mélange fondu de chlorure de lithium et de chlorure de potassium.
Usages
| Domaine | Exemples |
|---|---|
| Batteries | lithium-ion (téléphones, ordinateurs, véhicules électriques, stockage réseau) : la majorité de la demande |
| Verres et céramiques | plaques vitrocéramiques, verres résistants aux chocs thermiques |
| Graisses | graisses lubrifiantes au stéarate de lithium |
| Alliages | alliages aluminium-lithium allégés pour l’aéronautique |
| Médecine | carbonate de lithium, régulateur de l’humeur |
Rôle biologique et toxicité
Le lithium n’est pas considéré comme un élément essentiel. Ses sels sont toutefois l’un des traitements de référence du trouble bipolaire, depuis les travaux du psychiatre australien John Cade publiés en 1949. La marge entre dose efficace et dose toxique est étroite : le traitement impose des dosages sanguins réguliers et un suivi de la thyroïde et des reins, toujours sous contrôle médical.
Les batteries au lithium endommagées peuvent s’emballer thermiquement et prendre feu : il ne faut pas les percer, les écraser ni les jeter avec les ordures ménagères.
Histoire du nom
En 1817, le chimiste suédois Johan August Arfwedson, élève de Berzelius, découvre un nouvel alcali dans la pétalite, un minéral de l’île d’Utö. Comme il est trouvé dans une pierre et non dans une plante ou un animal, Berzelius le nomme lithium, du grec lithos, « pierre ». William Brande isole un peu de métal par électrolyse en 1821 ; Robert Bunsen et Augustus Matthiessen en produisent en quantité en 1855.
Questions fréquentes
Pourquoi le lithium est-il utilisé dans les batteries ?
Il est très léger et cède très facilement son électron : il stocke beaucoup d’énergie pour une faible masse. Les ions Li⁺, très petits, circulent aisément entre les électrodes.
Le lithium est-il rare ?
Pas vraiment : il est plus abondant dans la croûte terrestre que le plomb. Ce qui est limité, ce sont les gisements concentrés et exploitables à un coût et un impact environnemental acceptables.
Peut-on recycler le lithium des batteries ?
Oui, par des procédés pyrométallurgiques ou hydrométallurgiques. La filière se développe, mais le volume de batteries en fin de vie reste encore modeste face à la demande.
Y a-t-il du lithium en France ?
Oui : des gisements dans des granites (Allier) et dans les eaux géothermales d’Alsace font l’objet de projets d’exploitation.