Selon de nouvelles études scientifiques, le graphène peut être utilisé pour produire et stocker l’énergie de manière efficace, économique et écologique.
Le problème énergétique
La consommation d’énergie augmente parallèlement au progrès social, économique et technologique des pays. Aujourd’hui nous faisons face à un contexte de développement industriel accéléré, qui pose principalement deux problèmes : la nature limitée et l’exploitation incontrôlée des ressources énergétiques présentes sur la Terre ; la croissance de la pollution de l’environnement liée à l’utilisation de ces formes d’énergie.
Aujourd’hui, l’énergie que nous utilisons provient principalement de ressources épuisables mais des études récentes ont montré que les hydrocarbures (en particulier le pétrole et le méthane) finiraient dans les 50 prochaines années ; ainsi que la quantité d’uranium utilisée pour alimenter les centrales nucléaires pourrait être épuisée dans environ 200 ans. Par conséquent, trouver des sources d’énergie alternatives devient de plus en plus essentiel, car les ressources renouvelables ne sont pas encore en mesure de fournir de l’énergie en grande quantité et à de prix compétitifs.
Le problème des ressources énergétiques concerne donc, non seulement les générations futures mais également les générations présentes : en fait, des scientifiques ont soulevé depuis plusieurs décennies le problème de la pollution de l’environnement. Le charbon, le pétrole et le gaz augmentent la concentration de CO2 dans l’air ; l’uranium provoque une pollution radioactive due aux accidents et aux déchets produits lors de l’activité des centrales nucléaires.
Il faut donc intervenir rapidement dans le secteur de l’énergie, avant que des événements physiques irréversibles (crise de la disponibilité des énergies fossiles, réchauffement climatique) et de graves problèmes d’instabilité sociale et politique (migrations massives, révolution) se produisent.
Quelles sont donc les solutions pour faire face à la crise énergétique ?
Consommer moins d’énergie, signifie d’abord éliminer le gaspillage. L’économie d’énergie est la réponse la plus immédiate, la plus économique et la plus efficace, tout étant un devoir moral. On peut également consommer moins d’énergie en augmentant l’efficacité avec laquelle on l’utilise. Dans ce domaine, il y a une grande marge d’intervention technologique : de la réduction des pertes dans les processus de transmission d’énergie à l’utilisation de systèmes d’éclairage avec des rendements plus élevés. Aujourd’hui, la découverte du graphène pourrait se traduire par une innovation significative pour l’efficacité énergétique de la prochaine génération.
Qu’est ce que c’est le graphène ?
Le graphène est un nouveau matériau, constitué d’une simple couche mono-atomique d’atomes de carbone disposés en géométrie hexagonale ; c’est-à-dire ayant une épaisseur équivalente à la taille d’un seul atome. En 2004, deux scientifiques russes, Andrej Gejm et Konstantin Novoselov, ont cherché à obtenir des structures de graphite très fines. En attachant et en détachant deux morceaux de ruban adhésif avec un flocon de graphite au milieu, ils ont obtenu des couches de plus en plus minces jusqu’à l’obtention d’une feuille optiquement visible mais épais seulement un atome de carbone. Le graphène a donc été découvert par hasard.
Une combinaison unique de propriétés
Le graphène est devenu l’un des nanomatériaux le plus prometteurs grâce a sa combinaison unique de propriété. En effet, dans le graphène, les électrons sont obligés de voyager à travers le réseau qui, étant une structure périodique, influence leur mouvement ; dans ce cas, les électrons acquièrent une mobilité très élevée et se comportent comme s’ils étaient des particules sans masse. Grace à cette propriété, le graphène pourrait devenir l’un des meilleurs conducteurs électriques et thermiques au monde. En autre il est :
- l’un des matériaux le plus fin au monde (six fois plus léger que l’acier)
- l’un des matériaux le plus résistant au monde (200 fois plus fort que l’acier)
- optiquement transparent (il n’absorbe que le 2% de la lumière)
- imperméable au gaz
Applications du graphène
Ces propriétés et sa multifonctionnalité rendent le graphène adapte à un large éventail d’applications aussi parce qu’il est possible d’ajouter des composants chimique à sa surface pour modifier ses propriétés. Produire quelque chose constituée à 100% de graphène n’est pas possible : cela se produit car il ne peut être constitué que sous forme d’encre ou de poudre ; s’il est combiné avec des autres matériaux (généralement des polymères) il peut leur conférer des propriétés qu’ils n’ont pas, afin qu’ils puissent être utilisés dans divers secteurs comme :
- domaine électronique et énergétique (batteries et panneaux solaires)
- domaine mécanique (secteur de transports)
- secteur sportif (outils et tissus techniques)
- secteur médical
Stockage d’énergie
L’une des grandes limites de l’électricité, en fait, est la difficulté de l’accumuler. Grace à la découverte du graphène et de ses propriétés électriques, les scientifiques ont créé des prototypes de batteries contenant du graphène pour en augmenter l’efficacité. En effet, le graphène étant un matériau flexible avec une surface élevée, résiste mieux à l’intercalation des ions dans une batterie ; contrairement aux batteries au lithium (couramment utilisées) qui se détériorent au cours du temps. Cela pourrait permettre de créer des batteries durables ayant quand même des dimensions plus petites. Les applications futures sont innombrables : des simples smartphones aux appareils les plus courants, faisant également des voitures électriques une option beaucoup plus concrète qu’aujourd’hui.
Conclusions
Better to be wrong than be boring.
Andrej Gejm
Rechercher une solution à la crise énergétique est un besoin objectif : le problème énergétique a une dimension mondiale et doit être abordé en essayant de surmonter la phase de contraste entre le développement et l’environnement. Le graphène est une première réponse qui, malgré les aspects négatifs (tels que le coût de production encore élevé et le fait que tout est encore très théorique plutôt que pratique), peut aider notre « green-rebirth » en augmentant l’efficacité des matériaux actuels.
Sources :
- https://www.bp.com/
- http://grafene.cnr.it/
- http://www.mondedesgrandesecoles.fr/le-probleme-energetique/
- https://www.scienzainrete.it/contenuto/articolo/Energia-il-problema-dei-problemi
- Iit (Institut Italien de Technologie) – Gênes (Italie) – https://www.iit.it/it/research/lines/graphene-labs
- M. Morini Alessandro (conseilleur et associé junior dans Bedimensional) – https://www.bedimensional.com/
