Abonnez-vous à Universalis pour 1 euro

GRAPHÈNE

Du laboratoire aux applications

De multiples applications ont été envisagées pour le graphène, qui est un matériau stable, dont la fabrication ne fait appel qu’à des éléments chimiques abondants, et a priori non toxiques. Ainsi de nombreuses start-up et entreprises ont investi dans son développement, mais seule une poignée d’applications est rentable commercialement. En effet, l’adoption d’un nouveau matériau à l’échelle industrielle requiert une normalisation des procédés de fabrication, la validation de son innocuité sanitaire et, enfin, l’adoption de standards de qualité facilitant les échanges commerciaux.

Le marché du graphène connaît une expansion significative : il représentait 100 millions de dollars en 2020, et il enregistre depuis une croissance annuelle continue de 35 %. Parallèlement, plus de la moitié des articles scientifiques sur le graphène sont tournés vers les applications.

Les applications du graphène sont principalement issues des propriétés mécaniques et électrochimiques de l’oxyde de graphène, dont la production à grande échelle est facile, bon marché et sobre d’un point de vue énergétique. Utilisé comme additif en petite quantité, le graphène améliore de manière importante la robustesse et la longévité des plastiques, du béton et des peintures. Pour le béton, par exemple, l’ajout de moins de 1 % de graphène multiplie par 2 sa résistance mécanique et par 4 sa résistance à l’eau. Ce matériau hybride permet donc de réduire la masse de béton nécessaire à la construction d’un bâtiment – le béton participe aux émissions mondiales de dioxyde de carbone à hauteur de 12 % – et d’augmenter la durabilité de ces ouvrages. De plus, le graphène est facilement produit à partir des déchets plastiques par chauffage rapide. Il est donc probablement appelé à jouer un rôle important dans la transition écologique.

Dans le domaine des batteries, le graphène est utilisé pour améliorer les propriétés électrochimiques des électrodes, ce qui permet d’augmenter la capacité réversible, la puissance et la stabilité des batteries, ainsi que la vitesse de recharge.

De nombreuses autres innovations sont en développement. Parmi celles-ci, on peut citer l’utilisation du graphène pour l’électronique souple et transparente, les biocapteurs, ou encore son incorporation au sein des microprocesseurs pour diminuer les résistances de contact entre l’alimentation électrique et les transistors, et ainsi réduire drastiquement leur consommation d’énergie. Enfin, on envisage des électrodes constituées de graphène modifié par l’ajout d’atomes isolés de platine au sein des piles à hydrogène, afin d’éviter l’utilisation du platine massif, extrêmement rare et coûteux.

— Emmanuel BAUDIN

— Marie-Laure BOCQUET

La suite de cet article est accessible aux abonnés

  • Des contenus variés, complets et fiables
  • Accessible sur tous les écrans
  • Pas de publicité

Découvrez nos offres

Déjà abonné ? Se connecter

Écrit par

  • : directrice de recherche au CNRS, habilitée à diriger des recherches
  • : maître de conférences, habilité à diriger des recherches, membre de l'Institut universitaire de France

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Structure cristalline du graphène

Structure cristalline du graphène

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Oxyde de graphène en solution aqueuse

Oxyde de graphène en solution aqueuse

Autres références

  • BOROPHÈNE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 990 mots
    • 1 média

    Le borophène est une feuille de bore dont l’épaisseur est celle d’un seul atome. Comme le graphène à base de carbone, sa structure bidimensionnelle en fait un matériau de choix pour de futures applications tirant parti de ses remarquables propriétés électroniques. Mais, contrairement au graphène...

  • GEIM ANDRE (1958- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 468 mots

    Né le 21 octobre 1958 à Sotchi (Russie), le physicien néerlandais d'origine russe Andre Geim (Prix Nobel de physique en 2010) a passé sa prime enfance chez ses grands-parents maternels, sur le littoral ouest de la mer Noire, avant de rejoindre ses parents à Naltchik, la capitale de la république autonome...

  • GRAPHYNE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 315 mots
    • 1 média

    Depuis 2004, les graphènes passionnent les physiciens pour leurs propriétés remarquables. Ces feuilles de carbone faites d'une unique couche d'atomes ont une structure en nid-d'abeilles et leurs caractéristiques électroniques et mécaniques très particulières en font un matériau plein d'avenir....

  • NOVOSELOV KONSTANTIN (1974- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 400 mots

    Le physicien russo-britannique Konstantin Novoselov (Prix Nobel de physique en 2010) naît le 23 août 1974 à Nizhny Tagil (Russie), une ville industrielle de l'Oural ; sa mère est professeur d'anglais et son père ingénieur à l'usine locale de fabrication des chars d'assaut T34. Enfant curieux et bricoleur...

Voir aussi