10 faits sur le lithium

Le lithium est l'un des éléments les plus petits, les plus simples et les plus anciens, mais il a été exploité pour débloquer de gros problèmes désordonnés. C'est un ingrédient clé des batteries qui alimentent les smartphones, les ordinateurs portables et les voitures électriques. Mais il s'est également avéré être l'un des traitements les plus efficaces pour le trouble bipolaire, et des recherches récentes pourraient faire du lithium la clé pour débloquer les causes de cette maladie.

1. L'HOMME QUI A DÉCOUVERT LE LITHIUM A ABANDONNÉ LA SCIENCE PEU APRÈS.

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En 1800, le naturaliste brésilien José Bonifácio de Andrada e Silva a découvert de la pétalite, un minéral rare de qualité gemme trouvé dans le granit, sur l'île d'Utö, en Suède. Il découvrit que la roche avait une qualité étrange : lorsqu'elle était jetée dans un feu, elle créait d'intenses flammes cramoisies. En 1817, un aristocrate suédois de 25 ans devenu chimiste nommé Johan August Arfvedson a découvert le lithium en analysant la pétalite. Arfvedson a identifié le coupable des flammes rouges par élimination : après avoir reconnu la majeure partie du contenu du minéral comme de la silice et de l'aluminium, il en a déduit qu'un nouveau métal alcalin constituait la part restante. C'était la seule découverte enregistrée d'Arfvedson; il se retira bientôt de la chimie pour gérer sa fortune héritée.

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Le lithium a ensuite été isolé sous sa forme métallique élémentaire à l'aide d'électricité. Ce procédé, l'électrolyse, est toujours utilisé dans la production de lithium.

2. LE LITHIUM EST NÉ DANS DES EXPLOSIONS STELLAR-QUE NOUS N'AVONS APPRIS QU'EN 2013.

L'hydrogène, l'hélium et le lithium, les trois premiers éléments du tableau périodique, ont tous été créés lors du Big Bang, mais les deux premiers éléments sont abondants, et le lithium ne l'est pas. Les astrophysiciens avaient une théorie selon laquelle les novae, ou explosions stellaires, étaient responsables de la faible distribution du lithium dans l'univers, mais ils n'avaient pas de données sur la façon dont cela fonctionnait jusqu'à l'explosion de Nova Centauri en décembre 2013 - visible à l'œil nu, si vos yeux étaient dans l'hémisphère sud. Les chercheurs ont vu l'étoile mourante éjecter du lithium dans l'espace.

3. SES SOURCES SONT LIMITÉES.

Francesco Mocellin, Wikimedia Commons // CC BY-SA 3.0

Plus de la moitié de l'approvisionnement mondial en lithium provient des lacs de haute altitude et des marais salants d'un blanc éclatant du «triangle du lithium» en Bolivie, au Chili (comme vu ci-dessus) et en Argentine, où il est extrait dans une grille de bassins de saumure. Dans d'autres régions, il provient de mines à ciel ouvert s'enroulant dans des couches de terre. Des gisements ont également été trouvés en Australie, dans la partie tibétaine de la Chine et aux États-Unis en Caroline du Nord et au Nevada. Entre 2015 et 2016, le prix par tonne de la matière première a plus que triplé, ce qui a conduit le Royaume-Uni à rechercher des approvisionnements nationaux. Au rythme actuel, selon la société de conseil Stormcrow Capital, la demande de lithium pourrait dépasser la production d'ici 2023. Pour pallier cette pénurie imminente, certains chercheurs développent des moyens de recycler les batteries lithium-ion usagées.

4. LE LITHIUM NE SE TROUVE JAMAIS SEUL.

Eurico Zimbres, Wikimedia Commons // CC BY-SA 2.5

Le lithium ne circule pas librement dans la nature, mais doit plutôt être isolé des autres minéraux. Souvent, il provient de la pétalite (ci-dessus). On le trouve à l'état de traces dans presque toutes les roches ignées et dans de nombreuses sources minérales. On dit souvent à ceux qui nagent dans des sources chaudes infusées de lithium qu'il a des pouvoirs curatifs, notamment une fonction cérébrale améliorée et une humeur élevée, bien qu'il n'y ait aucune preuve de cela.

5. IL ALIMENTE BEAUCOUP DE VOS APPAREILS.

Le lithium présente plusieurs avantages qui en font la solution idéale pour tout alimenter, des smartphones aux voitures hybrides. C'est le métal le plus léger connu, ce qui signifie qu'il peut stocker de l'énergie sans ajouter beaucoup de poids aux appareils. Les batteries lithium-ion ont également certaines des densités d'énergie les plus élevées de toutes les technologies de batterie actuelles ; elles fournissent trois fois la tension des batteries à base de nickel, selon le Clean Energy Institute de l'Université de Washington.

Mais ce ne sont pas les seuls avantages du lithium. De nombreuses batteries à base de nickel subissent ce que l'on appelle « l'effet mémoire » : si elles sont branchées à plusieurs reprises pour se charger avant qu'elles ne soient complètement mortes, elles perdront de la capacité d'alimentation (ainsi, au lieu de se souvenir de sa pleine capacité, la batterie ne mémoriser la moitié, par exemple). Mais ce n'est pas le cas des batteries lithium-ion, dont on pense qu'elles n'ont pas d'effet mémoire.

6. C'EST LA CLÉ POUR AMÉLIORER LES VÉHICULES ÉLECTRIQUES…

Les modèles de véhicules électriques actuels nécessitent une recharge après environ 300 miles de conduite. Compte tenu du nombre limité de stations de recharge disponibles dans tout le pays, cela pourrait rendre la logistique difficile lors des trajets routiers à travers le pays. Ainsi, le ministère de l'Énergie finance la recherche sur les batteries pour améliorer cette gamme et a recruté cinq universités, trois laboratoires nationaux et IBM au sein du consortium Battery500 pour développer des batteries plus petites, plus légères et plus efficaces qui pourraient, entre autres utilisations potentielles, augmenter la gamme de voiture électrique.

« Si nous réussissons, nous pourrons aujourd'hui doubler la gamme de véhicules électroniques. Cela en soi est extrêmement difficile », déclare Jihui Yang, président du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université de Washington.

Yang et ses collaborateurs visent à remplacer le graphite actuellement utilisé dans l'électrode négative des batteries lithium-ion par du lithium métal. Doubler l'utilisation du lithium augmenterait considérablement la puissance de sortie de ces batteries. Pour ce faire, cependant, ils devront résoudre un gros problème : dans les batteries entièrement au lithium qui existent actuellement, le lithium produit des dendrites en forme d'aiguilles qui peuvent perforer le séparateur - une fine couche de polymère poreux séparant les côtés négatif et positif. d'une batterie, provoquant un court-circuit de la batterie.

7. … ET A MIS DES AVIONS ET DES TÉLÉPHONES EN FEU.

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Les courts-circuits de batterie peuvent être plus qu'ennuyeux, ils peuvent être incendiaires. Certains avions Boeing utilisent des batteries lithium-ion pour alimenter leurs moteurs à réaction, et les batteries rapidement rechargées servent alors d'alimentation de secours pour les systèmes électriques. Mais la Federal Aviation Administration a immobilisé toute la flotte de Boeing 787 Dreamliner en 2013 après un court-circuit de la batterie lithium-ion d'un avion et un incendie, peu de temps après le débarquement des passagers à Boston, et un avertissement de dysfonctionnement de la batterie s'est déclenché dans un autre avion.

Les voitures Tesla Model S ont également connu des incendies en 2013 attribués à des dysfonctionnements de la batterie. Ensuite, les téléphones Samsung Galaxy Note 7 ont commencé à prendre feu, ce qui a incité la FAA à interdire les téléphones des vols. Samsung avait essayé d'augmenter la capacité de la batterie pour s'adapter aux habitudes croissantes de jeu et de streaming vidéo des consommateurs tout en réduisant le téléphone. Chargé de faire plus dans une taille plus petite, il est devenu sujet aux effondrements.

Il y a une raison pour laquelle les batteries sont si combustibles. Les ions lithium traversent les minuscules trous du séparateur entre les électrodes positives et négatives de la batterie, transportés par une solution d'électrolyte liquide. Mais si le séparateur est endommagé, par exemple en laissant tomber votre téléphone, ou si la chimie en cours est modifiée par la chaleur de la recharge ou de l'exposition au soleil, l'équation change. Les sorties de ces réactions chimiques modifiées incluent des gaz inflammables, et le lithium lui-même peut également s'enflammer dans l'air humide. La Federal Aviation Administration exige désormais que les piles au lithium rechargeables de rechange soient transportées dans les bagages à main. Si un incendie provenant d'un téléphone portable ou d'une batterie d'ordinateur portable se déclare à bord, la FAA a conseillé aux agents de bord d'utiliser de l'eau ou du soda pour l'éteindre, bien qu'un extincteur à mousse ou à poudre chimique puisse également être utilisé.

8. IL EST UTILISÉ POUR TRAITER LES MALADIES MENTALES…

Le lithium est utilisé depuis plus d'un siècle pour traiter le trouble bipolaire et d'autres maladies mentales, notamment la dépression, la schizophrénie et les troubles de l'alimentation. Il est également utilisé pour traiter l'anémie, les maux de tête, l'alcoolisme, l'épilepsie et le diabète. Mais il y a une différence étroite entre la dose à laquelle il est efficace et celle à laquelle il est mortel.

'Ce n'est pas que les gens ne sachent pas ce que fait le lithium en général, le problème est qu'il fait trop de choses', explique Evan Snyder, professeur au programme de génétique humaine du Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute, qui a étudié le trouble en tant que partie de la recherche sur les défauts qui impliquent plus d'un gène anormal. Il compare la prescription de lithium à l'utilisation d'un marteau sur un clou ; il y a beaucoup de dommages collatéraux. 'Ce que nous aimerions, c'est un tout petit mini-marteau juste pour frapper précisément exactement ce que fait le lithium', a-t-il déclaré à Trini Radio.

Mais d'abord, les scientifiques devaient savoir pour quel clou se balancer, et pour cela, Snyder a étudié les effets du lithium sur le cerveau. La recherche Snyder publiée en 2017 détaille comment le médicament agit pour réguler les connexions dans les cellules nerveuses du cerveau. Maintenant, dit-il, cet effet peut être comparé à d'autres médicaments pour rechercher un traitement plus ciblé ; à l'heure actuelle, il ne fonctionne que sur un patient sur trois.

9. … MAIS IL PEUT Y AVOIR DES EFFETS SECONDAIRES À LONG TERME.

À 17 ans, Jaime Lowe croyait que ses parents étaient des agents secrets, a vu les Muppets la chahuter et a pensé qu'elle pourrait converser avec Michael Jackson et suivre des tunnels secrets jusqu'à Neverland. Elle fut bientôt diagnostiquée comme bipolaire, et des doses quotidiennes de lithium stabilisèrent les épisodes maniaques ; sans elle, comme elle l'écrit dans unNew York Timesessai sur sa vie sous l'effet de la drogue, elle « chevaucherait des wagons de métro mesurant la vitesse et recherchant la lumière dans des royaumes élevés ». Environ un tiers des personnes atteintes de trouble bipolaire voient leurs symptômes soulagés par le lithium.

Mais cela peut avoir un prix. Les effets secondaires du lithium comprennent la prise de poids, les nausées et l'exacerbation des maladies cardiaques et rénales. Dans le cas de Lowe, après 20 ans de prise du médicament, elle a commencé à avoir une tension artérielle élevée et d'autres signes d'insuffisance rénale. Son médecin lui a donné le choix entre arrêter le médicament qui lui avait donné une vie fonctionnelle ou obtenir une greffe de rein. Elle raconte l'expérience - et son voyage en Bolivie pour faire de la randonnée dans les marais salants où le lithium est extrait - dans son livre de 2017Mental : Lithium, Amour et Perdre la Tête.

10. LE LITHIUM ÉTAIT UNE FOIS UN INGRÉDIENT CLÉ DANS 7 UP.

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Avant que « 7 Up » ne devienne son nom et que les bols à punch des fêtes de fin d'année ne deviennent sa cible principale, la boisson gazeuse, qui a fait ses débuts en 1929, s'appelait brièvement « Bib-Label Lithiated Lemon-Lime Soda » et ses ingrédients d'origine comprenaient du citrate de lithium. Pour faire ressortir son produit dans une mer de 600 boissons gazeuses citron-lime déjà sur le marché, Cadbury Beverages North America a vanté les effets supposés positifs sur la santé du lithium dans le soda, qui a été publié quelques semaines seulement avant le krach boursier de 1929 et le début de la Grande Dépression. Apparemment, la recette avait un certain attrait : dans les années 40 : 7 Up était la troisième boisson gazeuse la plus vendue au monde, selon Cadbury. (Regardez comme la famille ci-dessus semble heureuse dans cette annonce du numéro de mars 1948 deLe journal de la maison des dames.) Le lithium a été inclus dans sa recette jusqu'en 1950.