25 mars 2020 | La Revue POLYTECHNIQUE 03/2020 | Atomes

Atomes (3/2020)

Le lithium, découvert en 1817 par le chimiste suédois Arfwedson, occupe la troisième case du tableau périodique, dans la première colonne, celle des métaux alcalins. Son nom vient du grec λίθος (lithos) signifiant « pierre ».

Le lithium est un métal mou, de couleur gris argenté, qui s’oxyde très rapidement au contact de l’air et de l’eau. Très réactif en raison de son électron périphérique, il n’existe pas à l’état natif dans le milieu naturel, mais uniquement sous forme de sels et dans les minéraux. Il possède deux isotopes stables, ⁶Li et ⁷Li et neuf radioisotopes, ayant une demi-vie inférieure à la milliseconde. Sa masse volumique de 0,534 g/cm³ en fait le plus léger des corps solides. Son point de fusion est de 180,5 °C et son point d’ébullition de 1342 °C. Il est, avec l’hydrogène et l’hélium, l’un des trois premiers éléments synthétisés à l’origine de l’Univers.

Le lithium n’existe, en concentration permettant une exploitation rentable, qu’en très peu d’endroits sur Terre, en Australie notamment. Le plus grand gisement est le salar d’Uyuni en Bolivie, avec un tiers de la ressource mondiale, Le second plus grand gisement est le salar d’Atacama, au Chili. La production mondiale était estimée à 85’000 tonnes en 2018.

Le lithium se trouve à l’état de traces dans le plancton, dans de nombreuses plantes et invertébrés, ainsi que dans les tissus et fluides vitaux des vertébrés. Les océans en contiennent quelque 230 milliards de tonnes, à une concentration d’environ 0,2 ppm.

Le lithium est utilisé comme additif par l’industrie du verre et des céramiques, comme lubrifiant, en métallurgie pour la production d’alliages, ainsi que dans l’industrie du caoutchouc et des thermoplastiques, ou encore dans la chimie fine. Mais il est surtout connu pour la production des piles et batteries. Dans cette application, les chimistes mettent à profit sa légèreté pour concentrer le maximum d’énergie, ainsi que sa forme ionique pour circuler d’une électrode à l’autre.

L’administration de sels de lithium s’est révélé efficace comme thymorégulateur (stabilisateur de l’humeur), notamment pour traiter les troubles bipolaires. L’excellente conductivité et la taille minuscule du ion Li⁺ lui permettent de franchir la barrière sang-cerveau, clé de la correction de certains dysfonctionnements. Le mode précis de son action reste toutefois mystérieux.

Le lithium joue également un rôle important en physique nucléaire. Grâce à la réaction ⁶Li + n → ⁴He + ³H, il sert à la production du tritium nécessaire à la fusion nucléaire dans les tokamaks. Le deutérure de lithium (⁶Li²H) est également un combustible pour la bombe H.