Des chercheurs de la Rice University ont mis au point un procédé inédit permettant d'extraire du lithium de qualité batterie à 99 % de pureté en utilisant des PFAS usagés comme source de fluor. La technique, publiée dans Nature Water, détruit simultanément ces polluants persistants et produit du fluorure de lithium utilisable directement dans les batteries lithium-ion, en quelques minutes seulement contre plusieurs mois pour les méthodes conventionnelles.
Les « forever chemicals » ont longtemps été synonymes d'impasse environnementale. Ces substances per- et polyfluoroalkylées, connues sous le sigle PFAS (Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances), résistent à toute dégradation naturelle et s'accumulent dans les sols, les eaux et les organismes vivants. Le chimiste James Tour et son équipe de la Rice University viennent de retourner ce problème contre lui-même, en transformant ces déchets dangereux en matière première pour la chaîne d'approvisionnement des batteries électriques.
L'étude, dont Yi Cheng est le premier auteur, a été publiée dans le journal Nature Water. Elle décrit un enchaînement de réactions chimiques et thermiques qui brise les liaisons carbone-fluor des PFAS pour en libérer les atomes de fluor, puis les fixe sur le lithium contenu dans de la saumure à haute salinité. Résultat : un matériau de qualité industrielle, obtenu en une fraction du temps et avec une empreinte environnementale réduite.
Le Flash Joule Heating transforme les PFAS en ressource
Un chauffage éclair à plus de 1 000 °C
Le cœur du procédé repose sur le Flash Joule Heating, une technique de chauffage par impulsion électrique déjà explorée par l'équipe de James Tour pour d'autres applications. Concrètement, du carbone activé usagé saturé en PFAS, issu de la filtration de mousses anti-incendie ou d'eau contaminée, est mélangé à de la saumure à haute salinité. Ce carbone, classé déchet dangereux dans les filières conventionnelles, devient ici la source de fluor du procédé.
Une impulsion haute énergie chauffe le mélange à plus de 1 000 °C (1 832 °F) en millisecondes. À cette température, les liaisons carbone-fluor des PFAS se rompent. Les anions fluorure libérés se lient alors aux cations lithium présents dans la saumure pour former du fluorure de lithium (LiF), le produit intermédiaire clé de tout le procédé.
La distillation éclair sépare le lithium des impuretés
La saumure ne contient pas que du lithium. Le calcium, le magnésium et le potassium sont autant d'impuretés qui contaminent le produit final si elles ne sont pas éliminées. C'est là qu'intervient une seconde étape de chauffage, portant le matériau dans une fenêtre de température comprise entre 1 676 °C (3 048 °F) et 2 260 °C (4 100 °F).
À ces températures, le fluorure de lithium se vaporise, tandis que les fluorures de magnésium (MgF₂) et de calcium (CaF₂) restent à l'état solide. Le flux de lithium volatil est ensuite capturé, ce qui permet d'obtenir un produit d'une pureté remarquable. L'ensemble de cette distillation se déroule en secondes, là où les bassins d'évaporation conventionnels du désert d'Atacama, au Chili, nécessitent plusieurs mois de traitement et consomment des milliards de gallons d'eau.
de pureté pour le lithium récupéré par ce nouveau procédé
Des performances supérieures aux matériaux conventionnels
Un lithium de qualité batterie testé en conditions réelles
Le fluorure de lithium obtenu par ce procédé n'est pas resté à l'état de curiosité de laboratoire. L'équipe de Rice University l'a intégré dans des électrolytes de batteries lithium-ion standard, puis a soumis ces batteries à des tests extensifs de performance et de stabilité. Les résultats publiés dans Nature Water montrent que le LiF récupéré améliore la stabilité et les performances des batteries par rapport aux matériaux conventionnels, ce qui est un résultat pour le moins inattendu d'un procédé de dépollution.
Le taux de récupération du lithium atteint 82 %, un chiffre qui place cette méthode dans une gamme de rendement industriellement viable. Pour une industrie des batteries électriques en pleine tension sur ses approvisionnements en lithium, cette double performance — pureté et rendement — constitue un argument solide.
Une chaîne de valeur inversée pour les déchets dangereux
L'un des aspects les plus structurants de cette recherche tient à la nature du matériau de départ. Le carbone activé saturé en PFAS est, dans les filières actuelles, un déchet dangereux dont le traitement représente un coût. Ici, il devient un intrant valorisable. Les PFAS ne sont plus seulement détruits : leur fluor est capturé et réorienté vers une application à haute valeur ajoutée.
Les PFAS sont qualifiés de « forever chemicals » en raison de leur résistance exceptionnelle à la dégradation. Leur accumulation dans l’environnement et dans les organismes vivants en fait l’un des défis de dépollution les plus complexes à l’échelle mondiale.
Cette logique d'économie circulaire appliquée à des substances réputées ingérables change le cadre du problème. Au lieu de chercher uniquement comment neutraliser les PFAS, le procédé de Rice University pose la question différemment : comment les utiliser avant de les détruire ? La réponse, dans ce cas précis, c'est en produire du lithium de qualité batterie.
Un impact environnemental réduit face à l'extraction conventionnelle
L'extraction conventionnelle de lithium par évaporation, telle qu'elle est pratiquée dans les salars du désert d'Atacama, mobilise des surfaces immenses, consomme des volumes d'eau colossaux et s'étale sur plusieurs mois. Ce modèle est de plus en plus contesté pour ses effets sur les écosystèmes arides et les communautés locales. La hausse de la demande en matériaux critiques pour les batteries ne fait qu'accentuer la pression sur ces territoires.
Le procédé développé à Rice University réduit significativement la consommation d'eau et d'énergie par rapport à cette extraction par saumure. Et contrairement au minage conventionnel, il ne nécessite pas l'exploitation de nouvelles ressources géologiques : la saumure à haute salinité, souvent un sous-produit ou un effluent industriel, devient la matière première du lithium récupéré. La méthode est potentiellement moins dommageable pour l'environnement, même si son passage à l'échelle industrielle reste à démontrer.
- Destruction simultanée des PFAS et production de lithium à 99 % de pureté
- Procédé en minutes contre plusieurs mois pour les méthodes conventionnelles
- Réduction de la consommation d’eau et d’énergie
- Transformation d’un déchet dangereux en matière première valorisable
- LiF récupéré plus performant que les matériaux conventionnels en batterie
- Taux de récupération de 82 % (18 % de lithium non capturé)
- Passage à l’échelle industrielle non encore démontré
- Températures extrêmes (jusqu’à 2 260 °C) impliquant des contraintes techniques importantes
La question de la scalabilité reste ouverte. Mais la publication dans Nature Water d'un procédé aussi précis, avec des données de performance sur des batteries réelles, marque une étape concrète. Les chercheurs de Rice University ont montré qu'il est possible de faire coexister dépollution aux PFAS et production de matériaux stratégiques pour la transition énergétique, sans que l'un ne soit le sous-produit négligeable de l'autre. Les deux objectifs sont atteints simultanément, et c'est précisément ce qui distingue cette approche des tentatives précédentes de traitement des « forever chemicals ».
