Le lithium est souvent évoqué à propos des batteries, mais l’élément lui-même est un métal réactif qui n’est pas présent à l’état natif dans la nature. Pour comprendre son importance, il faut distinguer le lithium métallique des composés qui en contiennent, puis regarder comment on le trouve et pourquoi ses propriétés intéressent l’industrie.
Où le lithium se trouve-t-il dans la nature ?
Le lithium est dispersé dans la croûte terrestre et l’eau de mer, mais il s’y trouve en faibles concentrations. Il est présent dans certains minerais, notamment le spodumène, et dans des saumures, c’est-à-dire des eaux souterraines très salées. L’Élémentarium de la Société chimique de France décrit ces deux grandes sources et indique que le lithium est commercialisé sous forme de composés, plutôt que prélevé comme métal pur dans la nature : la fiche consacrée au lithium.
Les méthodes de production dépendent de la ressource. À partir d’un minerai, il faut le traiter pour en extraire le lithium et le convertir en produits utilisables. Avec une saumure, le lithium dissous doit être séparé des autres sels et concentré. Les procédés et leurs effets varient selon les gisements et les installations : on ne peut donc pas déduire l’impact d’une production du seul fait qu’elle provient d’un minerai ou d’une saumure.
Que révèle sa place dans le tableau périodique ?
Le lithium porte le symbole Li et le numéro atomique 3 : chacun de ses atomes possède donc trois protons. Sa configuration électronique, [He]2s1, indique un électron sur sa couche externe. Comme les autres éléments du groupe 1, il tend à céder cet électron lors de réactions chimiques et forme couramment l’ion lithium Li⁺, associé à l’état d’oxydation +1. Vous pouvez le situer parmi les métaux alcalins, famille qui comprend aussi le sodium et le potassium.
À température ambiante, le lithium est un solide métallique très léger. Le laboratoire national de Los Alamos le décrit comme un métal réactif ; en pratique, le lithium métallique nécessite des précautions de manipulation, notamment parce qu’il réagit avec l’humidité. Cette réactivité ne signifie pas que les objets courants contenant du lithium soient constitués de métal pur : une batterie contient des matériaux et des composés spécifiques, et son fonctionnement met en jeu des ions lithium.
Pourquoi le lithium est-il utilisé dans les batteries ?
Dans une batterie lithium-ion, des ions lithium circulent entre deux électrodes pendant la charge et la décharge. Le lithium est intéressant pour le stockage électrochimique en raison de sa faible masse et de son potentiel électrochimique élevé. La Société chimique de France souligne l’importance de ces propriétés pour les batteries. Le terme « lithium-ion » désigne donc une technologie électrochimique, et non une batterie remplie de lithium métallique libre.
Les batteries rechargeables ne sont pas le seul usage. D’après le Jefferson Lab, des composés du lithium interviennent aussi dans certains verres et céramiques, ainsi que dans des lubrifiants. L’hydroxyde de lithium peut servir à capter le dioxyde de carbone dans des systèmes clos, comme ceux des engins spatiaux. Ces applications reposent sur des propriétés différentes selon le composé : le comportement du carbonate de lithium n’est pas celui du métal Li.
D’où vient son nom et quand a-t-il été découvert ?
Le chimiste suédois Johan August Arfwedson a identifié le lithium en 1817 en étudiant un minéral. Son nom dérive du grec lithos, qui signifie « pierre », en référence à cette origine minérale. La Société chimique de France précise que le métal pur a été isolé plus tard : découvrir un élément dans un minerai et obtenir l’élément métallique sont deux étapes distinctes.
Le lithium naturel est principalement constitué de deux isotopes stables, le lithium-6 et le lithium-7. Un isotope est une forme d’un même élément qui conserve le même nombre de protons, mais possède un nombre différent de neutrons. Cette distinction nucléaire n’altère pas le fait qu’il s’agit toujours de lithium, défini par son numéro atomique.