Les diverses particularités physiques du graphène font de lui un matériau de choix dans de nombreux domaines.
Il est d’ailleurs déjà commercialisé et présent sur les terrains de tennis, où il excelle dans les nouvelles générations de raquettes qu’il renforce.
Le graphène pourrait également se montrer très utile dans le cadre du développement des énergies durables. Dans le schéma ci-contre, les atomes de molybdène sont en rouge et ceux de soufre en jaune dans le feuillet de molybdénite. Le feuillet de graphène est en bas avec les atomes de carbone en bleu. L’ensemble constitue un matériau capable de convertir l’énergie solaire en électricité. Le rendement est f
aible, mais il s’agit de la cellule solaire la plus fine conçue jusqu’à maintenant et elle est 30 fois plus puissante par unité de volume que les plus fines cellules solaires connues. Les chercheurs ont calculé qu’en empilant six fois trois couches de graphène et trois couches de disulfure de molybdène, le rendement pourrait atteindre 10% pour une épaisseur de seulement 3 nanomètres, ce qui représente une efficacité énergétique inouïe. Cette cellule solaire de graphène battrait tous les records en termes de rapport densité / puissance, cependant il faudrait être capable de la produire à une échelle industrielle. Or, il est vrai que pour le moment cette application révolutionnaire reste purement théorique : elle n’a pas encore été expérimentée en laboratoire.
On peut également évoquer ses propriétés électroniques. Elles permettent d’envisager la fabrication de transistors capables de traiter l’information 10 fois plus rapidement que les systèmes actuels.
Le transistor est l’organe de commande des capteurs, des microprocesseurs, des amplificateurs de signaux et des écrans plats. Aujourd’hui, aucun matériel électronique ne peut se passer de transistors.
Lien vers une vidéo montrant l’intérieur d’une puce (en anglais): https://youtu.be/Knd-U-avG0c
Afin de développer des appareils de plus en plus compacts et puissants, la recherche et l’industrie travaillent sans cesse sur la miniaturisation des petits composants. L’électronique actuelle est fondée sur le silicium qui est proche de sa limite absolue de miniaturisation (14 nanomètres pour les transitors). L’électronique à base de graphène est l’alternative la plus crédible et la plus prometteuse. Les chercheurs tentent actuellement de fabriquer un câble électrique de l’épaisseur d’un atome et d’une largeur de quelques nanomètres (irréalisable avec du silicium) ce qui permettrait de réduire la surface des circuits électriques.
Le graphène pourrait également dessaler l’eau de mer. Un feuillet de graphène possédant des pores d’un nanomètre de diamètre serait perméable à l’eau. C’est à dire qu’il ne se laisserait traverser que par des molécules H2O, permettant un phénomène d’osmose des centaines de fois plus rapides qu’avec les membranes habituelles. On pourrait ainsi produire de grandes quantités d’eau douce avec de l’eau de mer très rapidement. Sa robustesse est suffisante pour supporter la pression requise pour la désalinisation. Cependant, la fabrication massive de graphène et la création de pores d’un nanomètre de diamètre posent problèmes.
Le graphène promet également d’être un matériau de choix pour la bio-disponibilité des médicaments, notamment ceux qui combattent les cellules cancéreuses. En effet, une équipe de chercheurs internationaux a développé une nouvelle technique, nommée « le tapis volant », permettant de délivrer deux médicaments contre le cancer séquentiellement, de sorte que chacun d’eux vise la partie de la cellule où il sera le plus efficace. Le doxorubicin (Dox) et le TRAIL sont deux médicaments utilisés contre le cancer, le premier est plus efficace dans le noyau de la cellule alors que le second l’est à l’extérieur de celle-ci. Le Dox est physiquement lié au graphène grâce à leurs similarités, alors que le TRAIL est relié au graphène par une chaîne d’acides aminés. Lorsque le « tapis volant » entre en contact avec la cellule cancéreuse, les enzymes qui sont à la surface de cette dernière rompent la chaîne d’acides aminés, libérant ainsi le TRAIL. La cellule cancéreuse n’absorbe donc que le graphène et le Dox qui va se séparer de celui-ci grâce à l’acidité présente à l’intérieur des cellules. Les deux médicaments pourront ainsi attaquer ensemble la cellule cancéreuse en étant chacun le plus efficace possible. De plus, le graphène n’étant pas toxique, il n’entraînera pas d’effets secondaires.
Le domaine de l’aéronautique pourrait également être bouleversé par l’arrivée du graphène. En effet, la légèreté du matériau permettrait de créer des avions bien plus rapides qui émettraient moins de gaz nocifs dans l’atmosphère.
Le graphène ouvrirait la voie à de nombreux autres projets prometteurs, comme des feuilles très souples et pourtant très résistantes à base d’oxyde de graphène pouvant être utilisées comme écrans, ou encore des détecteurs de gaz hyper sensibles, des agents anti-corrosifs utilisables sur les métaux etc…
Ce nouveau matériau excite l’intérêt des chercheurs, qui, comme le montre la vidéo ci-dessous, ne cessent de lui découvrir de nouvelles applications.
Certaines entreprises ont déjà des projets concrets pour le graphène. Le leader industriel du graphène, l’entreprise Vorbecek, prévoit de l’utiliser afin de créer des vêtements qui pourront être ultra résistants. Alors préparez vous à porter du graphène dans une dizaine d’années !
Le graphène, un matériau miracle ? 