Lithium et eau potable de la mer grâce à l'extracteur basculant révolutionnaire alimenté par l'énergie solaire

De la mer vient une solution surprenante pour le lithium et l'eau potable, grâce à un dispositif qui fonctionne uniquement avec le soleil

Le lithium est devenu l’un des matériaux les plus stratégiques de notre époque. Sans lui, il n’y aurait pas de voitures électriques, de batteries pour le stockage des énergies renouvelables ni de la plupart des appareils que nous utilisons quotidiennement. Mais la demande mondiale augmente beaucoup plus rapidement que la capacité d’extraction, et les méthodes traditionnelles restent coûteuses, polluantes et gourmandes en eau.

C’est à partir de là que commencent les recherches qui considèrent la mer et le soleil comme des alliés. Une étude publiée dans la revue scientifique Device décrit un dispositif innovant capable d'extraire le lithium de l'eau de mer et, en même temps, de la dessaler, en utilisant exclusivement l'énergie solaire. Une double réponse à deux urgences majeures : la transition énergétique et la rareté de l’eau douce.

Cela peut paraître incroyable, mais les océans contiennent environ 230 milliards de tonnes de lithium. Une quantité énorme, théoriquement suffisante pour couvrir les besoins mondiaux pendant des siècles. Le véritable obstacle est que le lithium est présent en quantité minime dans l’eau de mer : environ 0,2 milligramme par litre, contre plus de 12 000 milligrammes par litre de sodium.

Ce déséquilibre a toujours plongé les systèmes de séparation dans la crise. Des technologies telles que la nanofiltration, l'intercalation électrochimique ou l'extraction liquide-liquide se sont révélées inefficaces précisément parce qu'elles sont « perturbées » par d'autres sels. Les tamis dits lithium-ion, des matériaux conçus pour capturer sélectivement ce métal, fonctionnent également, mais trop lentement.

Ces dernières années, des tentatives ont été faites pour améliorer le procédé en le combinant avec l'évaporation de l'eau, mais ici un autre problème se pose : l'accumulation de sels autres que le lithium crée des incrustations qui bloquent tout. Une impasse technologique qui, jusqu’à présent, nous a empêché de véritablement exploiter la ressource marine.

Mais pour y parvenir, il faudrait dire adieu – ou du moins réduire considérablement – ​​les mines terrestres, souvent accusées de dévaster les écosystèmes, de consommer d’énormes quantités d’eau et de polluer les eaux souterraines et les sols.

Comment fonctionne l'extracteur solaire à bascule

La solution proposée par les chercheurs s’appelle Solar-Powered Seesaw Extractor (SPSE), un nom qui en dit déjà long sur son fonctionnement. Il s'agit d'un dispositif flottant composé d'une couche centrale hydrophile, qui capte le lithium, prise en sandwich entre deux couches hydrophobes et photothermiques.

Lorsque le soleil atteint la surface, la chaleur provoque l’évaporation de l’eau de mer. Ce processus active un flux capillaire continu qui entraîne les ions vers la couche adsorbante, où le lithium se concentre progressivement. L'appareil est initialement incliné d'environ 30 degrés et, à mesure que les sels s'accumulent au sommet, il commence à osciller comme une barre.

Et voici l'intuition géniale : lorsque la partie incrustée est à nouveau immergée dans l'eau, les sels se dissolvent, les surfaces sont « nettoyées » et le cycle recommence. De cette manière, le système se nettoie tout seul, évitant ainsi l'une des principales limitations des technologies précédentes.

Selon les auteurs de l’étude, le tapis nanofibreux central agit à la fois comme une pompe capillaire et comme un réservoir pour la capture du lithium. Les couches de carbone transforment la lumière du soleil en chaleur et assurent la flottabilité, tandis que les surfaces hydrophobes poussent les sels vers les bords, réduisant ainsi le risque de blocage.

L’appareil a réussi à augmenter la concentration locale de lithium de 15,5 fois, améliorant ainsi considérablement le taux d’adsorption. La séparation entre le lithium et le sodium a dépassé un facteur de 370 000, un objectif qui semblait jusqu'à récemment inaccessible.

Il y a plus. Grâce à des optimisations supplémentaires, le procédé produit également de l'eau dessalée de haute pureté, compatible avec les normes en matière d'eau potable. Un bénéfice collatéral qui n’a rien de secondaire, surtout dans un monde de plus en plus assoiffé.

Lors de tests comparatifs, le modèle à bascule a démontré une efficacité nettement supérieure à celle d'un système entièrement immergé : après 120 heures, l'absorption du lithium était 69 % plus élevée.

Les défis encore ouverts et l'avenir de cette technologie

Comme toute technologie émergente, l’extracteur solaire à bascule peut encore être amélioré. Après 30 cycles d'utilisation, les performances ont diminué d'environ 21,6 %, principalement en raison de la mauvaise stabilité des tamis ioniques à base de manganèse.

Reste ensuite la question des conditions réelles de la mer : bon nombre de ces technologies fonctionnent mieux dans des environnements contrôlés, tandis que l’eau de mer naturelle présente des variations de pH et de composition chimique. En effet, le pH est l’un des principaux problèmes, car de nombreux matériaux ne capturent le lithium que dans des conditions alcalines.

Pour l’avenir, les chercheurs proposent de remplacer les matériaux à base de manganèse par des tamis ioniques en titane plus résistants et de développer des solutions capables de fonctionner directement au pH naturel de l’océan.

Si ces défis sont surmontés, nous pourrions être confrontés à un tournant historique : le lithium est extrait proprement de la mer, en utilisant le soleil comme seule source d’énergie et en produisant également de l’eau douce. Un exemple concret de la façon dont la technologie, si elle est bien pensée, peut véritablement s’allier avec l’environnement.

Source : Appareil