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Le graphène, un matériau révolutionnaire ?

Janvier 2015

Depuis 2010, le graphène intéresse de plus en plus le monde industriel. Ce matériau n’est en fait rien d’autre que du carbone pur, une substance très abondante dans la nature. Pourtant, d’après de nombreux chercheurs, ses propriétés sont si remarquables, qu’il pourrait devenir le plastique du 21e siècle.

© NBC News
Un matériau extraordinaire ?

Le graphène est le matériau le plus résistant et le plus fin au monde. Rends-toi compte qu'une feuille de graphène est un million de fois plus fine qu’un cheveu et 200 fois plus solide que de l’acier !

Cette combinaison qui allie finesse, souplesse  et résistance permet de plier une feuille autant de fois que nécessaire sans qu'elle ne casse. Cette finesse révèle aussi l’extrême légèreté du matériau : des scientifiques déclarent que si l’on construisait un hamac d’un mètre carré en graphène, il serait plus léger qu’une moustache de chat mais pourrait soutenir son poids !

Parmi ses autres propriétés étonnantes, il est étanche à n'importe quel gaz, transparent comme le diamant (qui est aussi un minéral constitué de carbone pur cristallisé) et il peut être étiré comme du caoutchouc !

Il possède aussi la qualité d’être un très bon conducteur d’électricité et de chaleur, meilleur que le cuivre.

Structure chimique du graphène
 D'où vient ce matériau ?

Le carbone – élément chimique très abondant sur Terre - peut former naturellement des composés de nature différente comme le charbon, le diamant ou le graphite. Le graphite est une variété de carbone cristallisé en lamelles, dont les atomes sont empilés en feuillets, et qui constitue les mines de crayons noirs.

Le graphène a été découvert en 2004 par André Geim et Konstantin Novoselov, professeurs à l’université de Manchester, et récompensés par le prix Nobel en 2010. C’est en collant et en recollant avec du scotch une paillette de graphite prélevée sur une mine de crayon, qu’ils ont découvert ce nouveau matériau : le plus fin cristal de carbone, dont l’épaisseur n’est que d’un atome.

Blocs de graphite
À quoi le graphène pourrait-il servir ?

Plusieurs constructeurs de smartphones  tentent de mettre au point un écran flexible, transparent et tactile. Certains ont même déjà présentés dans des salons des téléphones portables incassables dont l’écran peut s’enrouler autour du poignet, se déplier, s’agrandir, se replier. Ce type d’application n’est pas commercialisé faute de batterie, car on ne sait pas encore produire de pile flexible.

Le remplacement de nos écrans actuels par des écrans en graphène est doublement intéressant car le carbone est abondant et recyclable, alors que les électrodes transparentes des écrans LCD qui permettent d’activer les pixels, sont très coûteux à recycler et génèrent des résidus polluants.

Par ailleurs, des scientifiques ont découvert que les électrodes en graphène conservent très bien l’énergie, et que lorsqu’on les mélange à une solution chimique, on peut obtenir des batteries qui se rechargent en quelques secondes.

De son côté, la société d’informatique IBM travaille sur la fabrication de puces en graphène. Celles-ci pourraient remplacer les puces en silicium, le graphène étant un conducteur bien plus puissant. Cela permettrait d’accroître considérablement la vitesse de transmission des électrons, donc d’augmenter les capacités de calcul d’un ordinateur.

Puce en graphène © Inmesol

 En plus de ces applications pour l’électronique, on pourra fabriquer toutes sortes d’objets très robustes et très légers, notamment pour les besoins de l’aviation. En combinant le graphène à d’autres gaz ou métaux, il est fort probable que l’on puisse fabriquer des fenêtres, des pneus, de l’encre, des antennes… la liste est infinie.

Un des espoirs les plus fous est d’utiliser le graphène pour créer des implants bioniques et permettre une communication avec nos propres cellules. Imagine un peu les pistes que cela ouvre en matière de médecine, de robotique, d’intelligence artificielle… Nous deviendrions des hommes et des femmes augmentés, faits de chair et de puces, mi-humain, mi-robot… mais cela reste encore de la science-fiction… et c’est peut-être mieux ainsi !

Pour aller plus loin…

Un article du Radis vert, rédigé à partir des sources suivantes :

L’usine nouvelle ; Bulletins-electroniques.com ; ParisTech Review ; Inmesol ; Journal du net ; Express.be ; Le journal du CNRS

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