Le graphène : un matériau qui pourrait changer le monde

Les scientifiques du monde entier sont entrés dans la course pour trouver des moyens de produire et de travailler un nouveau matériau qui est à la fois flexible, extensible, des centaines de fois plus résistant que l'acier et qui ne fait qu'un atome d'épaisseur. S'ils réussissent, le graphène pourrait transformer notre monde de manière aussi radicale que l'ont fait le fer et le plastique.

Graphène : un mot à retenir

Il s'agit d'un nouveau matériau qui n'existe que depuis une petite dizaine d'années. Il semble aussi prometteur que le plastique lors de son invention et il pourrait avoir un impact similaire à celui du fer lorsqu'il a remplacé le bronze pour devenir un élément fondateur de civilisations.

Le graphène a été découvert en 2004. Les scientifiques qui l'ont isolé ont reçu le prix Nobel de physique en 2010. Ce nano-matériau obsède les scientifiques, les entrepreneurs et les sociétés high-tech du monde entier car il possède des propriétés étonnantes.

Alors, qu'est-ce que le graphène ?

C'est une simple couche de carbone d'un atome d'épaisseur. Selon les estimations, une pile de 3 millions de couches de graphène aurait une épaisseur d'un millimètre. Le graphène est élastique et flexible, et pourtant très dur. Il est des centaines de fois plus résistant que l'acier. C'est un excellent conducteur électrique et son point de fusion est supérieur à 3000 degrés Celsius.

L'industrie manufacturière utilise actuellement des matériaux très sophistiqués tels que des alliages de titane, des matériaux monocristallins et des fibres de carbone. Ces matériaux font l'objet de recherches continues afin d'augmenter leur résistance à la chaleur, leur flexibilité ou d'autres propriétés. Si le graphène tient ses promesses initiales, il pourrait faire faire de grands progrès à la recherche sur ces propriétés. Il pourrait ouvrir la voie vers des constructions beaucoup plus légères, fines et résistantes, et pourrait virtuellement trouver des applications dans tous les domaines, des avions ultra-légers aux usines de déssalement d'eau de mer en passant par les ordinateurs ultra rapides.

Le graphène sur le marché

Le graphène est, pour l'instant, très cher à produire et n'est disponible qu'en petites quantités pour la recherche. Il n'existe pas encore de produits commerciaux contenant du graphène. Mais des sociétés privées et des gouvernements du monde entier investissent des centaines de millions de dollars dans la recherche. La Commission Européenne mène un projet spécial sur le graphène. Elle finance la recherche et le développement à hauteur d'un milliard de dollars américains sur une décennie. La R&D est menée dans des organismes de recherche de premier plan et de grandes entreprises dans 17 pays européens. (http://www.graphene-flagship.eu)

Un processus lent

Le passage d'un nouveau matériau dans la production de masse peut prendre des décennies. L'invention de la fibre de carbone, par exemple, remonte à un demi-siècle. Rolls-Royce soutenait l'utilisation de la fibre de carbone pour les aubes des compresseurs des moteurs d'avion dans les années 1960. Mais ces aubes résistaient mal aux impacts d'oiseaux et le projet a été abandonné.

Les premiers produits commerciaux avec du graphène devraient apparaître en 2015. Il pourrait s'agir d'appareils électroniques IBM, Nokia ou Samsung, trois des entreprises engagées dans la course pour la mise sur le marché du graphène. Si elles réussissent, ce serait la première fois qu'une découverte majeure passerait au stade de la production commerciale aussi vite.

Les matières tenaces :

Les alliages de titane associent le titane à d'autres éléments chimiques. Ils sont résistants, légers et ils résistent à la corrosion et aux températures élevées. Leur coût de production limite leur utilisation. On en trouve dans les avions et les voitures de course ainsi que dans des applications militaires. Ils sont aussi utilisés pour la fabrication d'implants dentaires et chirurgicaux.

Les matériaux monocristallins sont formés d'un cristal unique sans discontinuité. L'absence de défauts leur confère des propriétés uniques. Ils sont utilisés dans la production de semi-conducteurs et de viseurs laser ainsi que dans la fabrication de matériaux haute résistance avec faible déformation thermique, par exemple pour les aubes de turbines.

Les superalliages réfractaires sont généralement à base de nickel, de cobalt et de fer-nickel. Ils sont résistants, ne se déforment pas, ont une bonne stabilité de surface et ils résistent à la corrosion et à l'oxydation. Ils sont très difficiles à usiner. On les utilise pour diverses pièces de moteurs d'avions dans le compresseur, le système de combustion et la turbine.

Le graphène est le matériau le plus fin et possède la plus grande résistance mécanique et thermique des matériaux mentionnés ici, mais il reste expérimental. Il est constitué de carbone arrangé en feuilles d'un atome d'épaisseur. Les atomes sont organisés en forme de nid d'abeilles. Toutes sortes de secteurs industriels fondent de grands espoirs sur ce matériau pour améliorer les performances des produits.