Salama,
un tout petit groupe ,intéréssé par culture malgache,,
Chacun pouvant au rythme de ses foucades, y déposer son grain de sel,,
échange d'articles divers,
Si vous cherchez un film, un article, un livre sur lequel vous n'arrivez pas à mettre le grapin sur Mada, faites nous signe...sainagasydadabe@gmail.com
Cette molécule vaut de l'or. Moins par son prix actuel, de quelques
centaines d'euros le kilogramme, que par les promesses qu'elle renferme.
L'Union européenne est prête à lui consacrer un milliard d'euros, entre
2013 et 2023, pour démontrer qu'elle peut effectivement bouleverser des
domaines aussi variés que l'électronique, l'énergie, la santé ou la
construction. Le nombre d'articles consacrés à cette molécule a été
multiplié par 40 entre 2005 et 2012, pour atteindre plus de 8 000, selon
la base de données bibliographiques Scopus.
Cette molécule si précieuse, c'est le graphène. Comme son nom
l'indique, elle est apparentée au graphite, du grec « écrire », matériau
dont sont faites les mines de crayon. Comme lui, elle est entièrement
composée d'atomes de carbone mais, dans un millimètre de graphite, il y a
quelque trois millions de feuillets de graphène empilés. Car, là où le
graphite est un arrangement cristallin à trois dimensions, le graphène
est, lui, un cristal bidimensionnel, aussi fin qu'un atome. Ces carbones
se répartissent parfaitement sur un plan, aux sommets d'hexagones
collés les uns aux autres. A notre échelle, la structure évoque le
grillage d'un poulailler ou celui de nids d'abeille. L'épaisseur n'est
que de 0,3 nanomètre (un nanomètre vaut un millionième de millimètre) et
0,1 nanomètre seulement sépare deux atomes voisins.
Cette pureté à 100 % carbone et cette simplicité confèrent à
l'ensemble des propriétés inégalées. Elles sont même très proches de
celles calculées en théorie, comme le font remarquer les auteurs d'une
feuille de route pour le graphène parue dans Nature le 11 octobre 2012. 200 FOIS PLUS SOLIDE QUE L'ACIER
Cette molécule conduit bien mieux le courant électrique que le
cuivre. Elle est 200 fois plus solide que l'acier (et six fois plus
légère). Elle est quasi parfaitement transparente, n'absorbant que 2 %
de la lumière. Elle forme une barrière imperméable à des gaz aussi
légers que l'hydrogène ou l'hélium. Comme si cela ne suffisait pas, il
est possible d'ajouter en surface des composés chimiques pour en
modifier les propriétés. « Le graphène est une plate-forme, comme un jeu d'échecs sur
lequel on peut déposer les pièces que l'on veut. Toute la subtilité est
de trouver les bons positionnements. Il y a une beauté dans sa
simplicité », détaille Vincent Bouchiat, de l'Institut Néel, à Grenoble (CNRS). « C'est l'avenir dans une mine de crayon »,
lance, en guise de slogan, Annick Loiseau, de l'Office national
d'études et de recherches aérospatiales (Onera), représentante de la
France dans le bureau exécutif du consortium sur le graphène que l'Union
européenne soutient pour dix ans.
Ce projet a été lancé officiellement le 11 octobre. « Nous avons
déjà compris beaucoup de choses mais, dans certaines situations, de
nouveaux effets pourraient apparaître. On ne sait pas encore lesquels ! », s'enthousiasme Mark Goerbig, chercheur CNRS au laboratoire de physique du solide de l'université d'Orsay.
Le matériau miracle revient de loin. Une telle structure
bidimensionnelle était réputée, en théorie, instable. Elle préfère
s'enrouler en un tube par exemple, comme cela a été observé, dans les
années 1990, dans les nanotubes de carbone. PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2010
A partir de 2004, le Néerlandais d'origine russe Andre Geim avec le
Russo-Britannique Konstantin Novoselov et d'autres chercheurs publiaient
les premières mesures électroniques prouvant qu'ils avaient bien isolé
du graphène. Pour l'anecdote, ils avaient arraché des plans de carbone à
du graphite à l'aide d'un simple morceau de Scotch. Ce qui leur vaudra
le prix Nobel de physique en 2010. « La théorie n'était strictement valable qu'en deux dimensions.
En réalité, le cristal pousse dans un espace à trois dimensions et de
petites fluctuations en surface, comme des vagues, stabilisent le
cristal », explique Mark Goerbig. Très vite les expériences
confirment les comportements merveilleux du nouvel objet. Cela
s'explique par l'existence d'une sorte de mer d'électrons en surface,
que rien n'arrête et qui n'interagissent pas entre eux. Tout se passe
comme si les électrons n'avaient pas de masse et filaient à des vitesses
trois cents fois plus faibles que celle de la lumière. L'équation
mathématique qui les décrit est alors plus proche de celles décrivant
les particules de hautes énergies que celle propre aux matériaux
solides. D'où ces performances exceptionnelles qui font rêver.
Transparent et conducteur, il pourrait remplacer les électrodes en
indium qui équipent aujourd'hui les écrans tactiles. Léger et
conducteur, il pourrait s'intégrer dans des matériaux composites afin
d'évacuer les impacts de foudre sur la carlingue d'un avion.
Imperméable, il ferait d'excellents réservoirs à hydrogène. EXFOLIATION « CHIMIQUE »
Mais, petit détail, comme rien n'arrête ses électrons, il est a
priori un mauvais candidat pour fabriquer des transistors, qui sont les
composants rois de l'électronique actuelle et qui, justement, servent à
contrôler le passage des électrons. Qu'à cela ne tienne, si de fins
rubans sont découpés dans le plan de graphène, cette nouvelle géométrie
permet de réaliser les fameux transistors.
Le consortium européen a donc en ligne de mire plusieurs applications. «
Notre mission est de soutenir l'innovation en Europe mais aussi de
devenir un réseau de spécialistes au contact des entreprises pour de la
recherche et développement [R & D] à long terme »,
expose Stephan Roche, responsable d'un des chapitres du projet européen
et chercheur à l'Institut catalan en nanoscience et nanotechnologie
(Barcelone).
Les grandes manoeuvres ont déjà commencé. Plusieurs start-up
fabriquent du graphène, pour l'instant à destination des laboratoires,
selon différentes méthodes. La technique « historique », par arrachage
de matière à l'aide d'un morceau de Scotch, a été remplacée par une
exfoliation « chimique ». D'autres utilisent un substrat à base de
carbone et de silicium, qu'ils chauffent pour faire partir les atomes de
silicium et laisser en surface une couche de graphène. D'autres encore
apportent du carbone sur des surfaces de cuivre qui, après chauffage,
catalysent la réaction de formation du graphène. Une équipe de
l'université Rice, aux Etats-Unis, a même utilisé comme source de
carbone des pattes d'insectes grillées... DES GÉANTS SUR LES RANGS
En Europe, le Royaume-Uni, avec Applied Graphene Material, et l'Espagne, avec Avanzare ou Graphenea, sont en pointe. «
Si l'on veut que le graphène devienne comme le silicium aujourd'hui en
microélectronique, la maîtrise du matériau et de sa qualité est
indispensable », prévient Etienne Quesnel, du CEA, responsable de
la thématique énergie au sein du projet européen, dans lequel des
spécialistes de la fabrication sont impliqués.
Des géants sont aussi sur les rangs. IBM a réalisé plusieurs
prototypes de composants électroniques. Samsung a présenté un écran plat
de plus de 70 cm de diagonale avec des électrodes en graphène. Le
fabricant de raquettes Head a eu recours aux vedettes du tennis Novak
Djokovic et Maria Sharapova pour assurer la promotion de sa raquette
incorporant du graphène. BASF, avec Daimler-Benz, imagine un
concept-car, Forvision, bien fourni en matériaux à base de graphène. En
2012, dans un rapport consacré à l'avenir du graphène, cette entreprise
prévoit un marché de 1,5 milliard de dollars en 2015 et 7,5 milliards en
2025.
Comme il se doit, la Chine est aussi dans la course, avec presque
autant d'articles publiés que l'Europe, plus de 2 600. Mais, avec plus
de 2 200 brevets, elle dépasse l'Europe et les Etats-Unis. Une start-up
chinoise, Bluestone, a même annoncé, cet été, un partenariat avec un
fabricant de mobiles pour de premiers écrans à base de graphène dans les
prochains mois sur le marché chinois. Il y a cependant loin de la coupe
aux lèvres. TOUTE L'ATTENTION... ET LES CRÉDITS « On vous vend du graphène, qui n'est que du graphite, mais plus cher ! »,
s'est exclamé Marc Monthioux, du Centre d'élaboration des matériaux et
d'études structurales à Toulouse, lors d'une conférence, le 16 avril à
Paris, autour des matériaux composites à base de graphène. Stricto
sensu, le graphène est monocouche, mais les procédés de fabrication
peuvent créer des empilements de plusieurs feuillets. Au-delà de dix
couches, les propriétés changent beaucoup et ressemblent plus à celles
du graphite qu'à celles du graphène... « La supériorité du graphène sur les nanotubes de carbone n'est pas absolue », a également précisé Marc Monthioux. «
Dans les composites, pour avoir de la conductivité il faut que les
molécules de carbone, graphène ou nanotube, se «touchent». Avec les
nanotubes allongés, c'est plus facile que pour le graphène en forme de
flocons. Ce qui explique des différences », explique Annick
Loiseau. Elle rappelle aussi que développer un matériau composite est
long et que les nanotubes bénéficient d'une maturité plus grande que le
nouveau venu. La communauté des nanotubes a d'ailleurs mal vécu
l'arrivée du graphène, qui attire désormais toute l'attention... et les
crédits.
Toute l'expérience accumulée sur les nanotubes sert tout de même pour accélérer les travaux sur le graphène. «
Il a fallu six à sept ans avec les nanotubes pour faire de premiers
transistors. Avec le graphène, en un an, on avait de premières mesures
électriques », rappelle Annick Loiseau. L'IMPACT SUR LA SANTÉ ET L'ENVIRONNEMENT
Sur le plan des effets sur la santé de ce nouveau matériau, les
connaissances acquises sur l'un vont aussi servir à l'autre. L'un des
volets du projet européen est même consacré à cette question cruciale
pour la protection des travailleurs et utilisateurs, tout comme pour le
développement d'applications médicales. « Aujourd'hui, on trouve des études ne montrant aucun effet et d'autres indiquant un risque potentiel »,
constate Alberto Bianco, directeur de recherche CNRS à l'Institut de
biologie moléculaire et cellulaire de Strasbourg et coresponsable du
volet consacré à l'impact du graphène sur la santé et l'environnement
dans le projet européen.
En fait, comme pour les nanotubes de carbone, il faut tenir compte de
la grande diversité de formes du graphène. Certes la taille compte,
mais aussi l'état chimique. La molécule peut être plus ou moins oxydée,
ou contenir plus ou moins d'impuretés résiduelles liées aux modes de
synthèse, ou encore être constituée de plusieurs feuillets... Dans un
article paru en avril dans Angewandte Chemie, Alberto Bianco
conclut que la situation n'est pas encore claire. Il cite par exemple
certaines études contradictoires, les unes trouvant des effets toxiques
sur les micro-organismes quand d'autres n'en trouvent pas. Les manières
dont le graphène pourrait endommager les cellules ne sont pas élucidées
non plus : le plan de graphène fend-il la paroi perpendiculairement ou
bien enrobe-t-il la cellule ? NOUVELLES VOIES VERS D'AUTRES MATÉRIAUX À DEUX DIMENSIONS « Ce qui rend optimiste, c'est que la chimie peut permettre de moduler l'activité biologique de ce nanomatériau »,
explique Alberto Bianco. En liant différents groupements chimiques, on
peut rendre, par exemple, le graphène plus ou moins soluble. Ou le
guider vers telle ou telle cible d'intérêt thérapeutique. Des travaux
supplémentaires sont donc nécessaires. Le consortium étudiera ainsi les
effets sur différentes lignées cellulaires (cancéreuses, neuronales,
liées au système immunitaire...) ainsi que sur des amphibiens.
Un autre avantage du graphène est qu'il ouvre de nouvelles voies vers
d'autres matériaux à deux dimensions aussi fins qu'un atome. Le nitrure
de bore, le sulfure de molybdène ou de tungstène, voire du silicène à
100 % en silicium (mais pas encore observé) sont autant de noms un peu
barbares qui attendent leur heure. Certains sont isolants, d'autres
conducteurs. Empiler ces molécules plan par plan créerait de nouveaux
matériaux aux propriétés inédites. Le terrain de jeu va prendre de la
hauteur.
ApplicationsEcrans
L'indium actuellement utilisé dans les écrans plats et tactiles est
rare et cher. Des plans de graphène, transparents et conducteurs,
seraient d'excellents remplaçants. Les propriétés mécaniques sont
également compatibles avec les futurs écrans flexibles. Batteries En tant qu'électrode, il pourrait améliorer le nombre de cycles de charge et décharge, et donc la durée de vie. Solaire Absorbant très peu la lumière, il rendrait plus efficaces les cellules solaires actuelles. Matériaux Intégré à des polymères, le graphène les rendrait
conducteurs, ce qui est utile pour des encres ou peintures
électroniques, des matériaux évacuant les charges électriques (comme
lors d'un coup de foudre), des tissus chauffants ou électroniques... Electronique Le comportement des électrons dans le graphène
fait de lui un candidat pour des composants ultrarapides à plusieurs
centaines de gigahertz de fréquence. Santé La structure biocompatible du graphène peut servir de
squelette à la croissance de tissus organiques en médecine régénérative.
Certains envisagent aussi des rétines artificielles. Pénétrant au coeur
des cellules, il pourrait aussi servir de vecteur pour des médicaments. Spintronique L'avenir des mémoires et des composants
électroniques passe par l'utilisation du « magnétisme » des électrons,
le spin. Le graphène aurait les propriétés ad hoc pour faciliter le
développement de tels composants. Capteurs Sa pureté d'origine le rend très sensible aux moindres perturbations, ce qui en fait un bon capteur pour
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