Des chercheurs de Rice University transforment des PFAS polluants en lithium de haute pureté pour batteries lithium-ion. Une percée publiée dans Nature Water en mars 2026.
Et si les polluants éternels (PFAS) qui contaminent nos nappes phréatiques devenaient la matière première des batteries de demain ? Le chercheur James Tour de l’université Rice (Houston, Texas) et son équipe, dirigée par le postdoctorant Yi Cheng, viennent de démontrer que les PFAS — ces molécules quasi-indestructibles — peuvent être transformés en lithium de haute pureté, utilisable directement dans les batteries lithium-ion. Une découverte publiée le 10 mars 2026 dans la revue Nature Water, qui renverse la logique habituelle de la dépollution.
Le paradoxe du polluant qui fabrique les batteries
Les PFAS (substances per- et polyfluoroalkylées) sont surnommés « polluants éternels » pour une raison simple : leurs liaisons carbone-fluor comptent parmi les plus solides de la chimie organique, résistant à la quasi-totalité des traitements de dégradation. Présents dans les mousses anti-incendie AFFF (aqueous film-forming foam), utilisées massivement sur les bases militaires et les aéroports depuis des décennies, ces composés ont contaminé des milliers de sites à travers le monde.
Parallèlement, la demande mondiale en lithium pour alimenter les batteries de véhicules électriques et d’appareils portables explose. Le marché du lithium, évalué à 32,4 milliards de dollars en 2025, pourrait atteindre 174,1 milliards de dollars d’ici 2035, avec un taux de croissance annuel de 18,3 %.
C’est précisément dans cette double contrainte — urgence de dépolluer, urgence d’approvisionner — que l’équipe du professeur James Tour a trouvé sa percée.
La méthode : le « flash Joule heating » au service du recyclage
Un charbon actif saturé en PFAS comme point de départ
Le procédé développé à Rice University utilise du charbon actif granulaire (GAC) saturé en PFAS, un déchet issu des systèmes de filtration des eaux contaminées par les mousses AFFF. Ce charbon, une fois saturé, est normalement incinéré ou mis en décharge — une solution coûteuse et imparfaite.
L’équipe dirigée par James Tour, avec Yi Cheng (postdoctorant et Rice Academy Junior Fellow) comme premier auteur, a imaginé un autre destin pour ce déchet.
Cinq étapes, quelques minutes, une pureté de 99 %
Le procédé, baptisé fluorination électrothermique (ETF) ou « flash fluorination », se déroule en cinq étapes :
- Le GAC chargé en PFAS est mélangé à une saumure riche en lithium (eau salée concentrée issue de gisements souterrains ou de rejets industriels).
- Le mélange subit un chauffage électrothermique ultra-rapide — le flash Joule heating — qui porte la température à plus de 1 000 °C en quelques secondes, avant un refroidissement brutal.
- Sous l’effet de cette chaleur intense, les liaisons carbone-fluor des PFAS se brisent. Les ions fluorure libérés réagissent alors sélectivement avec les cations présents dans la saumure, dont le lithium.
- Un lavage aqueux élimine les sels solubles indésirables (chlorure de sodium NaCl, chlorure de potassium KCl).
- Une distillation électrothermique entre 1 676 °C et 2 260 °C permet de vaporiser sélectivement le fluorure de lithium (LiF, point d’ébullition : 1 676 °C), tandis que le fluorure de magnésium (MgF₂, point d’ébullition : 2 260 °C) et le fluorure de calcium (CaF₂, point d’ébullition : 2 533 °C) restent à l’état solide.
Le résultat : du LiF à 99 % de pureté, avec un rendement de récupération d’environ 82 %. Les détails complets sont accessibles dans l’étude publiée dans Nature Water.
Un sous-produit inattendu : du graphène
Le procédé ne génère pas que du lithium. Le charbon actif, soumis aux températures extrêmes du flash Joule heating, se transforme en graphène turbostratique — un matériau à haute valeur ajoutée, utilisé notamment dans les composites et l’électronique. Ce sous-produit constitue un deuxième flux de valorisation économique, encore absent des procédés classiques.
Des performances supérieures aux méthodes traditionnelles
Pourquoi c’est mieux que les bassins d’évaporation
Aujourd’hui, l’essentiel du lithium mondial est encore extrait grâce à des bassins d’évaporation solaire, où des nappes de saumure stagnent pendant 12 à 24 mois sous le soleil du Chili ou de l’Argentine. Un procédé long, peu précis et particulièrement gourmand en eau dans des régions qui en manquent déjà.
La méthode ETF développée à Rice contraste sur tous ces points :
- Durée : quelques minutes, contre plusieurs années pour les bassins
- Consommation d’eau : nettement inférieure
- Empreinte carbone : réduite par rapport aux procédés hydrométalurgiques classiques
- Rentabilité estimée : potentiellement 5 fois supérieure aux méthodes conventionnelles, selon les chercheurs
- Matière première : un déchet (GAC saturé en PFAS) transformé en ressource
Un lithium directement utilisable en batterie
L’équipe a validé l’usage pratique du LiF récupéré. Intégré dans l’électrolyte de batteries lithium-ion, il offre une meilleure stabilité après un mois de stockage et une capacité améliorée sur plusieurs centaines de cycles de charge-décharge, par rapport aux formulations de référence. Le communiqué officiel de Rice University détaille ces résultats.
Un contexte réglementaire qui rend la découverte encore plus urgente
L’Europe serre la vis sur les PFAS en 2026
La pression réglementaire s’intensifie précisément cette année. Le 3 mars 2026, le Comité d’évaluation des risques (RAC) de l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) a adopté son avis final, concluant que les PFAS représentent un risque suffisamment sérieux pour justifier une restriction à l’échelle de l’Union européenne. La restriction spécifique aux mousses anti-incendie PFAS — les mêmes mousses AFFF qui ont contaminé des centaines de bases militaires — entre en vigueur en octobre 2026.
En parallèle, la directive européenne sur l’eau potable fixait au 12 janvier 2026 la date limite de conformité aux nouvelles normes de concentration en PFAS dans l’eau du robinet.
Cette double échéance accélère la production de GAC saturé en PFAS à traiter — exactement la matière première dont le procédé de Rice a besoin.
À lire également : PFAS : l’Europe veut interdire les “polluants éternels”, une bombe sanitaire et économique.
La course mondiale au lithium s’accélère
Les véhicules électriques représentaient déjà 63,7 % de la demande mondiale en lithium en 2025. D’ici 2035, la demande pour les batteries pourrait approcher 3,5 millions de tonnes contre 0,24 million de tonnes en 2024 — soit une multiplication par près de 15 en dix ans. Dans ce contexte, toute nouvelle source d’approvisionnement — a fortiori issue de déchets — présente un intérêt stratégique majeur.
Qui finance et qui réalise cette recherche ?
L’étude a été financée par l’Air Force Office of Scientific Research et l’U.S. Army Corps of Engineers — deux institutions directement concernées par la dépollution des sites militaires contaminés aux PFAS — ainsi que par la Rice Academy Fellowship qui soutient la carrière de Yi Cheng. Cette origine militaire du financement n’est pas anecdotique : les États-Unis comptent plusieurs centaines de bases militaires où les nappes phréatiques sont contaminées par les mousses AFFF.
Les travaux ont été relayés par des médias spécialisés tels que Gizmodo et salués par Springer Nature pour leur approche circulaire inédite.
Vers une industrialisation ?
La méthode est pour l’instant validée à l’échelle du laboratoire. Les chercheurs de Rice évoquent la possibilité de traiter directement des saumures naturelles ou industrielles chargées en lithium — notamment les eaux de production des forages pétroliers ou géothermiques — en combinaison avec des PFAS issus d’autres sources de contamination.
Le passage à l’échelle industrielle reste le prochain défi. Mais la conjonction d’un problème environnemental urgent (des millions de tonnes de GAC saturé en PFAS à traiter chaque année), d’une ressource stratégique en tension (le lithium) et d’un procédé rapide et potentiellement rentable constitue un alignement d’intérêts rarement aussi limpide dans l’histoire récente des technologies propres.
En résumé
- Des chercheurs de l’université Rice (James Tour, Yi Cheng) ont développé un procédé de « flash fluorination » qui transforme le charbon actif saturé en PFAS en lithium de haute pureté (99 %), utilisable directement dans les batteries lithium-ion.
- Le procédé dure quelques minutes (contre plusieurs années pour les bassins d’évaporation classiques) et génère également du graphène comme sous-produit valorisable, pour une rentabilité estimée cinq fois supérieure aux méthodes traditionnelles.
- Cette découverte intervient alors que l’Union européenne renforce en 2026 sa réglementation sur les PFAS et que la demande mondiale en lithium pour les batteries doit être multipliée par 15 d’ici 2035.
