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Graphène : les applications futures

Le graphène, un matériel aux propriétés exceptionnelles, promet de révolutionner de nombreuses industries dans les années à venir. Techniques de l'Ingénieur fait le point à son sujet dans ce livre blanc.

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Introduction ou extrait du livre blanc

"Le graphène est un matériau composé d’un seul atome d’épaisseur découvert récemment. Ses caractéristiques intéressent fortement l’industrie qui commence à développer des technologies de rupture dans de nombreux secteurs.

Les applications potentielles sont très nombreuses. Isolé en 2004 par Andre Geim, le graphène est un matériau cristallin dont l'empilement forme le graphite de nos mines de crayon.

Cette découverte lui a valu de gagner le prix Nobel de Physique six ans plus tard, aux côtés de Konstantin Novoselov. Ce matériau présente des propriétés fascinantes.

Il une résistance à la rupture 200 fois supérieure à l’acier, bien que 6 fois plus léger. Cela a naturellement attiré l’attention d’acteurs de l’aéronautique, comme Airbus.

Il est également un meilleur conducteur que le silicium, matériau utilisé notamment pour fabriquer les microprocesseurs des ordinateurs, et pourrait révolutionner les technologies de stockage d’énergie.

  • Batteries au graphène
  • L’industrie énergétique fait face depuis toujours à la problématique du stockage de l’électricité. Les solutions qui existent sont généralement coûteuses et/ou peu efficaces.

Les batteries lithium-ion se sont imposées ces dernières années, mais leurs performances restent encore insuffisantes, notamment dans le secteur des transports.

Elles pourraient prochainement être détrônées par des batteries au graphène. Début février, une jeune compagnie espagnole, Graphenano, a présenté, lors d’un salon à Madrid, une batterie automobile d’une autonomie de 800 kilomètres pour un poids de 100 kilogrammes.

L’entreprise espère rapidement s’imposer sur ce marché porteur, la plupart des marques automobiles déployant des modèles de voitures électriques. Mais l’entreprise développe également des technologies pour des applications aussi diverses que la construction, la santé, et l’électronique.

  • Feuille de route
  • L’Union européenne appuie l’industrie dans ses efforts de recherche et développement (R&D). La Commission a ainsi mis en place l’année dernière le « Projet Graphene », doté d’un milliard d’euros sur dix ans. Il réunit 142 acteurs industriels, académiques et groupes de recherche répartis dans 23 pays de l’Union.

A noter notamment la présence de grands acteurs français comme le CNRS, Thales ou encore le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives.

Ce dernier mène le groupe de travail sur les applications énergétiques en la personne d’Etienne Quesnel. L’ambition des recherches menées est de supprimer les limites imposées par les matériaux existants, en réalisant de nouveaux systèmes à l’échelle atomique.

Si les promoteurs du graphène promettent de révolutionner de nombreux secteurs et de le propulser matériau du XXIe siècle, sa découverte ouvre le champ des possibles car sa combinaison avec d’autres matériaux semble prometteuse.

Le graphène est le premier matériau découvert que l’on peut contrôler à l’échelle atomique. Cela dit, de nombreux autres matériaux, avec des propriétés complémentaires, ont été découverts ces dernières années. Ils ont aussi un grand potentiel technologique”, conclut Alberto Morpurgo, professeur à la Faculté des sciences de l’Unige et représentant suisse du projet Graphene."

Graphène : les applications futures