GRAPHENE – ce qu’il est, ses caractéristiques et ses domaines d’application

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Les métaux ont déterminé et continuent de déterminer le cours de notre histoire depuis leur apparition, d’abord avec le bronze, puis le fer, plus récemment avec la découverte de l’aluminium au XIXe siècle et plus récemment avec celle des semi-conducteurs.

Ces matériaux nous ont non seulement permis un développement technologique remarquable, mais ils ont également déterminé le cours géopolitique de notre histoire par la prédominance de certaines nations sur toutes les autres.

Ces dernières années, un nouveau “supermatériau” est apparu sous les feux de la rampe, destiné, semble-t-il, à caractériser le siècle actuel : le graphène.

Il a été découvert par pur hasard en 2004 dans un laboratoire de l’université de Manchester par deux scientifiques russes ayant émigré au Royaume-Uni, Andre Geim et Konstantin Novoselov.

L’objectif des futurs lauréats du prix Nobel de physique en 2010 était d’obtenir une couche de graphite aussi fine que possible. Munis de ruban adhésif et de beaucoup de patience, en collant et décollant deux morceaux de ruban, ils ont obtenu des couches de graphite de plus en plus fines. En les transférant ensuite sur une feuille de silicium, ils sont parvenus à rester avec une couche de carbone monoatomique, le graphène, que l’on croyait auparavant impossible.

Sa composition est très simple, uniquement composée d’atomes de carbone, comme le graphite et le diamant, mais elle en diffère par sa structure : les atomes de carbone sont disposés, contrairement aux “parents” susmentionnés, le long d’un plan bidimensionnel et liés entre eux par d’innombrables cellules hexagonales dans une structure classique en nid d’abeille.

Cette structure atomique lui confère des propriétés techniques extraordinaires :

– une résistance mécanique élevée, plus de 100 fois supérieure à celle de l’acier ;

– des propriétés électroconductrices et thermoconductrices supérieures à celles du cuivre ;

– une résistance à la compression très élevée ;

– un rapport surface/poids exceptionnellement élevé (une feuille pesant un gramme couvre une surface égale à celle d’un terrain de football) ;

– totalement imperméable ;

– complètement flexible ;

– peut être rendu optiquement transparent ;

– biodégradable.

En bref, une série de caractéristiques présentes dans d’autres matériaux, mais qui, dans ce cas, sont condensées en une seule.

Parmi les nombreux domaines d’application potentielle à l’étude, on peut citer :

– batteries ;

– transistors ;

– les puces d’ordinateur ;

– la production d’électricité ;

– supercapacités ;

– Séquençage de l’ADN ;

– les filtres à eau (par exemple, le dessalement de l’eau) ;

– les antennes ;

– écrans tactiles (pour les écrans LCD ou OLED) ;

– les cellules solaires ;

– produits liés à la spintronique.

Parmi les produits déjà disponibles sur le marché, on trouve des raquettes de sport, des skis, des vélos, des roues de pneus, des casques de vélo et de moto, des capteurs électroniques dans le secteur de l’IoT (Internet of Things) et dans le secteur de l’électronique en général, des dispositifs médicaux dans le domaine nanomédical, des produits audiovisuels (casques, écouteurs), etc.

Même l’Union européenne n’est pas restée inactive et, avec un financement d’un milliard d’euros, a mis en place en 2013 le Graphene Flagship, une initiative de recherche scientifique qui rassemble les compétences d’environ 170 partenaires académiques et industriels de 22 pays dans le but de contribuer de manière significative au développement et à l’innovation pour faire de l’Europe un concurrent digne de ce nom sur le marché mondial dans ce domaine également.

Carlo Caloisi

SOURCES ET APERÇUS

  1. Qu’est-ce que le graphène? : https://www.graphene-info.com/graphene-introduction ;
  2. Le graphène : ce qu’il est et comment il va changer l’avenir : https://www.focus.it/tecnologia/innovazione/tra-scienza-e-tecnologia-grafene-e-futuro ;
  3. La découverte : https://grafene.cnr.it/il-grafene-proprieta-e-applicazioni/la-scoperta/ ;
  4. Nouveaux matériaux : la puissance du graphène : https://www.startupbusiness.it/nuovi-materiali-il-potere-del-grafene-spiegato-da-bedimensional/98749/ ;
  5. Produits en graphène : introduction et état du marché : https://www.graphene-info.com/graphene-products ;
  6. L’investissement de l’Europe dans le graphène : https://cordis.europa.eu/article/id/124617-europes-investment-in-graphene/it ;
  7. Le vaisseau amiral du graphène : https://graphene-flagship.eu/ .

VIDÉO

  1. GRAPHENE – matériau du futur : https://www.youtube.com/watch?v=7xDUOqecmRM&ab_channel=Geopop

IMAGES (dans l’ordre séquentiel)

  1. vectorjuice Freepik ;
  2. seagul  Pixabay ;
  3. Dean Simone  Pixabay ;
  4. vectorjuice Freepik .

Carlo Caloisi

 

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