Le gra­phène : un maté­riau miracle pour l’a­ve­nir ?

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.

TotalSolarExpert

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
The won­der mate­rial of 21st | Monica Cracuin & Dimitar Dimov | TEDxTruro
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 :

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