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Le graphène trouve enfin ses premières applications concrètes

par Tristan Guinot

Voici désormais une dizaine d’années que l’on entend parler du graphène. Nous même, nous vous présentions dès 2012 ce nano-matériau bidimensionnel aux propriétés extraordinaires découvert en 2004. Nous nous interrogions en 2014 sur les manières d’y investir. Aujourd’hui, il semble que les premières applications concrètes promises par cette « matière si solide et si extensible que les fibres d’une toile d’araignée enduite de graphène pourraient arrêter un avion qui tombe » soient sur le point de voir le jour.

Le premier matériau bidimensionnel est extraordinaire

Le graphène est le premier matériau bidimensionnel découvert. Les matériaux bidimensionnels que l’on parvient à extraire de leur « résultat en trois dimensions » forment un club très privé. Aujourd’hui, on en compte seulement six au total. Mais qu’est-ce que cela peut bien vouloir dire, un matériau bidimensionnel ?

Prenons un objet concret pour bien comprendre, un livre. Nous sommes d’accord, il s’agit d’un objet en trois dimensions. Avec un avant, un arrière, un haut et un bas.

Mais notre livre est composé de pages, qui prises une par une sont à notre échelle en seulement deux dimensions. Un avant et un arrière, mais ni haut, ni bas.

Superposées les unes par-dessus les autres, elles forment un livre, un objet en trois dimensions qui n’est rien d’autre qu’une superposition de plusieurs objets en deux dimensions.

Maintenant, prenez un bloc de graphite, ce minerai dont sont faites nos mines de crayon. Il s’agit bel et bien d’un objet en trois dimensions. Mais à une échelle moléculaire, si on le décompose, on s’aperçoit qu’il est en fait composé de multiples couches d’un matériau en deux dimensions : le graphène.

Et les chercheurs réussissent à l’en extraire. Quel intérêt ? Le graphène a des propriétés uniques. Il est tout simplement le matériau combinant le mieux malléabilité et solidité. Il est deux cent fois plus solide que le diamant, un autre composé du carbone. Léger, il a l’aspect d’un tissu synthétique moléculaire. En outre, il est transparent et conducteur. A l’échelle moléculaire, on lui trouve l’aspect d’un filet composé d’hexagones, comme sur l’image ci-dessus.

La longue quête de la production du graphène

Vous vous en doutez, une matière aussi miraculeuse ne manque pas de faire rêver. Chercheurs, militaires, industries… Tous voient dans le graphène le Saint Graal des matières premières.

Mais voici le problème : les coûts de production du graphène sont extrêmement élevés. En 2014, on parlait de 800 $ le gramme.

Comme nombre de découvertes majeures de l’histoire scientifique, ce problème a été partiellement levé par accident. Ce sont des physiciens de la Kansas State University qui ont découvert, sans le faire exprès, un moyen simple de produire massivement du graphène.

Mélanges d’acides coûteux et « temps de cuisson » particulièrement long, telles étaient autrefois les étapes nécessaires à la production du graphène.

Mais lors d’une expérience sur le carbone et sa réaction aux gels aérosols, les heureux chercheurs ont rempli une chambre de gaz acétylène et d’oxygène, avant d’y provoquer une détonation fulgurante.

Résultat : la production d’une quantité importante de graphène.

Depuis ce jour, le coût du graphène est beaucoup plus variable et il est difficile de lui trouver un prix exact. On le situe généralement à 100$ le gramme.

Les applications concrètes du graphène se multiplient

Cette histoire date de 2017. Depuis, nombreux sont ceux qui se sont rués sur cette matière désormais bien plus commune. La hausse de la demande sur le marché n’en est qu’à ses balbutiements, mais les dernières applications concrètes du graphène vont lui faire connaître une poussée de croissance.

En 2018, notre matière miracle trouve sa première utilité dans la vie quotidienne : une veste ultra-résistante et isotherme, créée par l’entreprise Volleback. Son prix : 595 €. Un peu cher pour un coupe-vent !

Mais ce qui nous intéresse vraiment, c’est l’utilisation du graphène dans l’industrie du smartphone. Le graphène y trouve son compte pour deux utilisations principales.

Tout d’abord, l’écran souple qui semble parti pour être la tendance des prochaines années dans le marché un peu essoufflé du smartphone. Futurisme esthétique par excellence, la première marque à commercialiser un smartphone doté d’un écran souple ne manquera pas de faire parler d’elle.

Mais peut-être plus intéressant encore : la batterie. Parce que de concevoir chaque année des téléphones plus grands, plus légers et plus fins, c’est bien joli mais ça ne résout pas le problème persistant de l’autonomie.

J’admire les capacités de stockage et la rapidité de mon smartphone, mais j’en viens souvent à lui regretter mon vieux portable à clapet, uniquement pour ce détail. Je pouvais ne le charger qu’une seule fois par semaine, tandis que mon smartphone requiert d’être branché une ou deux fois par jour, voire plus !

Que proposerait donc une batterie composée de graphène ? Correctement incorporée à une batterie, elle permettrait une charge complète en quinze secondes seulement ! On trouve déjà dans le commerce des batteries de poche au graphène qui se rechargent en 20 minutes. Et de la même manière, elles dureraient bien plus longtemps.

Il ne fait aucun doute que le secteur high-tech, en commençant par les batteries de smartphone, sera le premier à donner au graphène l’envergure industrielle qu’il mérite.

Nous reviendrons dans un prochain article sur les manières de parier sur l’avènement du graphène dans notre quotidien…

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