Déchets de Lithium Renforcent le Béton Vert

Et si les montagnes de déchets laissées par l’extraction du lithium, au lieu de polluer les sols, devenaient la clé pour construire des bâtiments plus solides et moins polluants ? Cette idée, qui semblait presque utopique il y a encore peu, est en train de devenir réalité grâce à une équipe de chercheurs australiens. Leur découverte pourrait bien changer la façon dont nous fabriquons le matériau le plus utilisé au monde : le béton.

Quand un déchet minier devient un super-additif pour le béton

Chaque année, l’humanité produit environ 25 milliards de tonnes de béton. Ce chiffre astronomique cache une réalité beaucoup moins glorieuse : le secteur du ciment et du béton est responsable d’environ 8 % des émissions mondiales de CO₂. Ajoutez à cela l’épuisement des ressources naturelles et vous obtenez l’un des industries les plus polluantes de la planète. Pourtant, une solution inattendue pourrait venir… des mines de lithium.

Pour produire une seule tonne d’hydroxyde de lithium monohydraté (utilisé massivement dans les batteries des véhicules électriques), les industriels génèrent entre 7 et 10 tonnes de résidu : le delithiated β-spodumène, plus connu sous l’abréviation DβS. Jusqu’à présent, ce matériau était considéré comme un déchet difficile à valoriser et finissait souvent stocké dans des bassins ou enfoui, avec tous les risques environnementaux que cela implique.

Mais des ingénieurs de Flinders University, en Australie du Sud, ont regardé ce résidu sous un autre angle. Et s’il pouvait servir à améliorer le béton plutôt qu’à l’encombrer ?

Les propriétés surprenantes du DβS

Le secret réside dans les propriétés pozzolaniques du delithiated β-spodumène. Ce terme un peu barbare désigne la capacité d’un matériau siliceux ou alumineux à réagir avec la chaux pour former des composés cimentaires très stables. C’est exactement ce que font les cendres volantes issues des centrales à charbon… ou ce que pourrait faire le DβS.

Les chercheurs ont donc intégré ce résidu dans la fabrication de géopolymères, ces liants alternatifs au ciment Portland classique. En remplaçant 25 % des cendres volantes traditionnelles par du DβS et en optimisant la solution alcaline d’activation, ils ont obtenu des résultats impressionnants.

Après 28 jours de cure, la résistance à la compression a augmenté de 34 % par rapport à un mélange 100 % cendres volantes. En affinant encore la formulation de la solution activante, les chercheurs ont poussé la performance jusqu’à +74 % de résistance. Autrement dit : un béton plus fort, tout en valorisant un déchet minier.

« Avec la quantité croissante de DβS produite par l’industrie du lithium, sa réutilisation dans la construction offre une solution durable qui réduit les déchets industriels, prévient la contamination des sols et des eaux souterraines, et favorise l’économie circulaire dans les secteurs minier et du bâtiment. »

– Dr Aliakbar Gholampur, ingénieur structure principal de l’étude

Pourquoi cette découverte est-elle stratégique ?

Le contexte actuel rend cette innovation particulièrement pertinente. La demande mondiale en lithium explose avec le développement des véhicules électriques et du stockage stationnaire d’énergie renouvelable. Les projections les plus sérieuses estiment que la production de lithium devra être multipliée par 5 à 10 d’ici 2030-2040 selon les scénarios. Cela signifie aussi une multiplication des déchets DβS.

Parallèlement, de nombreux pays cherchent à réduire leur dépendance aux cendres volantes, dont la disponibilité tend à diminuer avec la fermeture progressive des centrales à charbon. Le DβS pourrait donc arriver au bon moment pour devenir un substitut partiel ou total dans certaines formulations de géopolymères.

• Réduction des émissions liées au ciment Portland
• Valorisation d’un déchet minier en grande quantité
• Amélioration des performances mécaniques du béton
• Diminution de la perméabilité et meilleure résistance à la corrosion
• Moins de besoin en ressources naturelles vierges

Ces avantages cumulés font du DβS un candidat sérieux pour intégrer les stratégies de décarbonation du secteur de la construction.

Un pas de plus vers le béton bas-carbone

Cette recherche s’inscrit dans une dynamique plus large. Depuis plusieurs années, les scientifiques explorent des voies alternatives pour remplacer ou réduire le clinker, ingrédient principal du ciment Portland et principal émetteur de CO₂ du matériau.

Parmi les pistes déjà explorées : l’utilisation de laitiers de haut-fourneau, de calcins de verre, de métakaolin, de cendres volcaniques, de bauxite résiduelle… Le DβS vient s’ajouter à cette liste avec un avantage de taille : il est produit en quantités massives là où la demande de lithium est la plus forte (Australie, Chine, Amérique du Sud).

Le passage à l’échelle industrielle reste toutefois un défi. Il faudra valider la constance de la composition du DβS selon les minerais et les procédés de raffinage, étudier son comportement à très long terme (50-100 ans), et surtout développer des filières logistiques capables d’acheminer ce matériau des sites miniers vers les centrales à béton.

Et maintenant ? Les prochaines étapes

L’équipe de Flinders University ne compte pas s’arrêter là. Les travaux se poursuivent pour :

• Optimiser davantage les ratios et les solutions activantes
• Tester le matériau dans des conditions extrêmes (gel-dégel, attaque sulfatique, environnement marin)
• Étudier la faisabilité économique à grande échelle
• Collaborer avec des industriels du lithium et du BTP pour des essais pilotes

Si ces étapes confirment les résultats obtenus en laboratoire, nous pourrions voir apparaître, d’ici 5 à 10 ans, des bétons géopolymères intégrant du DβS sur des chantiers réels, notamment en Australie et dans d’autres régions fortement productrices de lithium.

En attendant, cette recherche rappelle une vérité essentielle : dans la lutte contre le changement climatique, les solutions les plus puissantes se trouvent parfois dans ce que nous considérions jusqu’ici comme des problèmes. Le déchet d’aujourd’hui peut devenir la ressource de demain… à condition de le regarder avec suffisamment d’imagination et de rigueur scientifique.

Et vous, que pensez-vous de cette valorisation inattendue des résidus miniers ? Le secteur du bâtiment saura-t-il saisir cette opportunité pour devenir (un peu) plus vert ?