Dans les saumures du désert d'Atacama, les ions magnésium et lithium ont des rayons presque identiques et leurs comportements chimiques en solution aqueuse sont très similaires. Cet « effet jumeau » rend économiquement impossible l'extraction de plus de la moitié des ressources mondiales de lithium contenues dans les saumures. L'Université d'Atacama, en collaboration avec l'Université d'Antofagasta et l'Université du Chili, est en train de concevoir un « tamis chimique » à l'aide de liquides ioniques et de matériaux à structure métallo-organique (MOF) pour résoudre ce problème séculaire.

Ratio Mg/Li élevé : un « défi mondial » pour l'exploitation du lithium

Les ressources mondiales de lithium sont principalement présentes dans les saumures, mais toutes ne sont pas adaptées aux procédés traditionnels d'évaporation-précipitation. Lorsque le rapport de concentration entre les ions magnésium et lithium (Mg/Li) dans la saumure dépasse un certain seuil, les ions magnésium entrent en compétition avec les ions lithium pour les sites de précipitation, ce qui entraîne une chute drastique du taux de récupération du lithium et une flambée des coûts de production.

Le Dr Jonathan Castillo, chercheur au département de métallurgie de l'Université d'Atacama (Chili), souligne que de nombreuses saumures présentent des concentrations extrêmement élevées d'ions interférents comme le magnésium et le calcium, les rendant très complexes sur les plans chimique et technique, et donc actuellement non exploitables économiquement.

Ce goulot d'étranglement technique signifie qu'une grande partie des ressources mondiales de lithium dans les saumures reste « bloquée » sous terre, sans pouvoir entrer dans la chaîne d'approvisionnement. Alors que la demande de lithium explose avec les marchés des véhicules électriques et du stockage d'énergie, développer des technologies efficaces d'extraction du lithium à partir de saumures à fort ratio Mg/Li est devenu l'une des priorités de recherche les plus urgentes pour l'industrie minière mondiale.

Un système de « tamisage chimique » combinant liquides ioniques et MOF

Le 20 avril 2026, l'Université d'Atacama a officiellement présenté un projet de recherche collaboratif Anillo d'une durée de trois ans. Ce projet, mené par l'Université d'Atacama avec la participation de l'Université d'Antofagasta et de l'Université du Chili, a pour objectif principal de développer, en trois ans, un système avancé d'extraction du lithium à partir de saumures basé sur des liquides ioniques et des matériaux MOF.

Liquides ioniques – des « pinces moléculaires » sur mesure pour les ions lithium

Les liquides ioniques sont une classe de sels liquides entièrement composés d'ions, qui restent liquides à température ambiante. Ils possèdent une pression de vapeur très basse, une excellente stabilité thermique et une grande capacité de conception structurelle. L'équipe de recherche exploite cette aptitude à concevoir les liquides ioniques pour créer des molécules extractrices présentant une forte affinité pour les ions lithium au niveau moléculaire.

La logique chimique centrale de cette technologie réside dans le fait que les cations ou anions des liquides ioniques peuvent être conçus comme des « pinces moléculaires » dotées de groupes coordinants spécifiques. Dans un environnement ionique complexe, ces pinces « capturent » préférentiellement les ions lithium tout en repoussant les ions interférents comme le magnésium et le calcium. Des données expérimentales montrent que certains systèmes d'extraction à base de liquides ioniques hautes performances ont déjà atteint des facteurs de séparation lithium/magnésium supérieurs à 4 600, offrant une solution au niveau moléculaire pour l'extraction du lithium dans les saumures à fort ratio Mg/Li.

Matériaux MOF – des « canaux ioniques » à l'échelle nanométrique

Les structures métallo-organiques (MOF) sont des matériaux cristallins poreux formés par l'auto-assemblage d'ions/amas métalliques et de ligands organiques. Ils présentent une surface spécifique extrêmement élevée et une structure de pores pouvant être précisément ajustée. L'équipe de recherche a fonctionnalisé des liquides ioniques et les a incorporés dans des matériaux MOF, créant ainsi des matériaux composites fonctionnels de type liquide ionique@MOF.

Le système de canaux tridimensionnels des MOF et la sélectivité chimique des liquides ioniques agissent en synergie : la structure poreuse des MOF offre des canaux de transport ionique à haut débit, tandis que les liquides ioniques intégrés confèrent une sélectivité chimique aux ions lithium sur les parois internes des canaux. Ce double mécanisme de « tamisage physique + reconnaissance chimique » permet aux ions lithium de passer efficacement, tandis que les ions interférents comme le magnésium et le calcium sont efficacement bloqués.

Du cuivre au lithium – une transposition technologique et une synergie entre trois universités

Le Dr Castillo révèle que cette recherche ne part pas de zéro. L'équipe étudiait depuis longtemps les technologies d'extraction par solvant du cuivre, accumulant une vaste expérience en séparation des métaux. Le fait de « transférer » les connaissances et les outils du domaine de l'extraction du cuivre à celui du lithium est le point de départ logique clé de cette innovation technologique.

Dans la mise en œuvre du projet, les trois grandes universités chiliennes ont des rôles bien définis, formant une chaîne de R&D complète :

Université d'Atacama : responsable de la conception moléculaire, de la synthèse et du criblage des extractants à base de liquides ioniques. Elle a déjà développé une série de solvants ioniques hautes performances.

Université d'Antofagasta : responsable de la conception technique du circuit de procédé, transformant les extractants de laboratoire en schémas de procédé industrialisables.

Université du Chili : responsable de la validation technique des paramètres, établissant des références techniques fiables pour le passage de la technologie du laboratoire à l'application industrielle.

Essence technologique : un changement de paradigme de la « concentration par évaporation » à la « capture chimique »

L'extraction traditionnelle du lithium des saumures dépend d'une évaporation-concentration naturelle de 12 à 24 mois, suivie d'une séparation par précipitation chimique. Ce procédé est limité par la composition de la saumure, les conditions climatiques et les ressources foncières, et est quasi inefficace pour les saumures à fort ratio Mg/Li.

La technologie composite liquide ionique-MOF représente une voie technique radicalement différente : passer de l'« évaporation passive » à la « capture active ». Les molécules extractrices reconnaissent et capturent activement les ions lithium à l'échelle moléculaire, sans être limitées par la concentration initiale de la saumure ou les conditions environnementales. Si cette technologie est industrialisée avec succès, elle permettrait de classer comme exploitables de nombreuses ressources de lithium des saumures actuellement considérées comme « difficiles à utiliser ».

Libérer les ressources de lithium « dormantes » dans le monde

1. La « clé de déverrouillage » des saumures à fort ratio Mg/Li

De nombreuses saumures dans le monde sont considérées comme des « ressources marginales » en raison de leur rapport Mg/Li trop élevé. Si la technologie d'extraction sélective par liquides ioniques et MOF atteint l'efficacité de séparation escomptée, ces saumures passeront du statut de « réserves géologiques » à celui de « réserves économiquement exploitables », ce qui aurait une importance stratégique pour la diversification de la chaîne d'approvisionnement mondiale du lithium.

2. Une « transition verte » pour l'exploitation minière du lithium

Comparée aux procédés traditionnels d'évaporation-précipitation, la technologie d'extraction par solvant réduit considérablement la consommation d'énergie et d'eau. Le Dr Castillo souligne que cette technologie ne vise pas seulement l'extraction du lithium, mais aussi la récupération intégrée de multiples éléments des saumures. À l'avenir, les salars chiliens pourraient passer d'« une seule mine de lithium » à une « base de valorisation intégrée et synergique du lithium, du potassium, du bore et du magnésium ».

3. Une feuille de route sur trois ans : du laboratoire à la validation pilote

Selon le plan du projet, la feuille de route technique pour les trois prochaines années comprend :

Première année : achever le criblage des extractants à base de liquides ioniques et l'optimisation des matériaux composites MOF.

Deuxième année : finaliser la conception du circuit de procédé à l'Université d'Antofagasta et valider le fonctionnement continu à l'échelle du laboratoire.

Troisième année : valider les paramètres techniques à l'Université du Chili pour jeter les bases d'un pilote industriel.

La « seconde révolution » de la technologie chilienne du lithium

Le Chili possède les plus grandes réserves mondiales de lithium exploitable, mais il dépend depuis longtemps d'une seule ressource, le Salar d'Atacama, avec des procédés d'extraction relativement traditionnels. Cette technologie d'extraction du lithium par liquides ioniques et MOF, développée conjointement par trois grandes universités chiliennes, pourrait apporter à l'industrie chilienne du lithium une seconde révolution technologique après celle de l'« évaporation ».

Pour l'industrie minière mondiale, l'importance de cette technologie dépasse de loin celle d'un nouvel extractant : elle valide une voie technologique complète allant de la « conception moléculaire » à l'« mise à l'échelle technique ». Lorsque les molécules de liquides ioniques peuvent être conçues avec la précision de « briques Lego » et que les pores des MOF peuvent être ajustés avec la précision d'« un tamis », l'extraction du lithium passe de l'ère de « l'optimisation des procédés » à celle de la « conception des matériaux ».