Il y a trois mois, nous publiions un reportage intitulé Le graphène, un matériau qui va transformer notre univers. Au vu de l’intérêt qu’il a suscité parmi les lecteurs de notre blog et en raison des continuelles nouveautés auxquelles ce matériau révolutionnaire a donné lieu depuis, nous vous proposons maintenant une seconde partie qui en dit plus long sur certaines de ses applications et qui se fait l’écho des dernières nouvelles les plus importantes.
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Vidéo Graphène, caractéristiques et applications (Tecnonauta). En espagnol.
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Vidéo en anglais :
La découverte de l’aérogel de graphène, le matériau le plus léger du monde
Une équipe de chercheurs de l’université de Zhejiang (Chine), dirigée par le professeur Gao Chao, a créé le matériau le plus léger jamais connu jusqu’à aujourd’hui (d’une densité de seulement 0,16 mg/cm3) : un gel ultraléger, basé sur des nanotubes de carbone congelés à sec et sur des lames d’oxyde de graphène dont l’oxygène a été extrait. Ses applications possibles vont du stockage d’énergie à la microélectronique en passant par une utilisation comme puissant absorbant en cas, par exemple, de marée noire.
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Le professeur Gao Chao explique sa découverte sur cette vidéo (en anglais).
Désalinisation de l’eau
Les chercheurs se penchent sur la façon d’utiliser le graphène dans les processus de désalinisation de l’eau, qui consistent à ôter le sel de l’eau de mer ou des eaux saumâtres pour les rendre potables ou utiles à d’autres fins.
Par exemple, la compagnie Lockheed Martin, traditionnellement connue pour son développement de systèmes militaires et d’aviation, a mis au point un processus permettant de perforer le graphène (dont les lames, rappelons-le, n’ont qu’un atome d’épaisseur) de telle sorte que les trous soient suffisamment grands pour laisser passer l’eau mais suffisamment petits pour bloquer les molécules de sel. L’avantage qu’a cette méthode sur la méthode traditionnelle provient de l’extrême minceur du graphène : en effet, plus fin est le matériau qui sert de filtre, moins d’énergie il requiert pour faciliter l’osmose inverse (voir la note de presse, en anglais).
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Vidéo du Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Textiles modifiés au graphène
Une autre des propriétés les plus remarquables du graphène est son imperméabilité. Des chercheurs du monde entier travaillent aux diverses applications dérivant de cette caractéristique, dont, par exemple, la fabrication de vêtements imperméables à l’eau.
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Francisco Cases, professeur de l’UPV, explique les applications du graphène sur les textiles (en espagnol).
Découverte d’un nouvelle propriété du graphène : il est capable d’absorber toute la lumière
Des chercheurs espagnols de l’Institut de Chimie et de Physique Rocasolano (Instituto de Química-Física Rocasolano) de Madrid et de l’Institut des Sciences Photoniques (Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO) de Barcelone ont découvert que le graphène est capable d’absorber complètement la lumière dans sa monocouche atomique, et la lumière de différentes couleurs. Cette nouvelle propriété, qui vient s’ajouter au grand nombre qui ont déjà été découvertes, permet, par exemple, de fabriquer des capteurs photoélectriques à infrarouge, des biocapteurs, des appareils photo, des panneaux solaires etc. Les travaux de ces chercheurs ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et donnent lieu à des applications comme celles dont nous parlons ci-dessous.
Des appareils photo dotés de capteurs plus sensibles et meilleur marché, sans besoin de flash
Aujourd’hui, les appareils photo compacts sont équipés d’un capteur CMOS qui ne permet pas de prendre des images détaillées lorsque la lumière est insuffisante. Seuls les appareils reflex numériques peuvent faire des photos de bonne qualité dans ces conditions. Mais ils sont chers.
Une équipe de chercheurs de l’Université Technologique de Nanyang (Singapour), dirigée par le professeur Wang Qijie, a créé un capteur fait de pur graphène qui permettra bientôt de faire des photos claires et nettes dans le noir sans avoir besoin de flash.
Ce nouveau capteur est hautement sensible à la lumière visible et au rayonnement infrarouge : il est, de fait, mille fois plus sensible que n’importe quel capteur photographique actuel. Il est, autrement dit, capable d’assimiler mille fois plus de lumière que les capteurs intégrés dans les appareils photos numériques. Les applications de ce capteur en graphène comprennent, outre les appareils photos conventionnels, la prise d’images par satellite, l’industrie de la communication et l’infrarouge moyen.
L’industrie n’aura plus qu’à remplacer les capteurs dont elle se sert actuellement par des capteurs en graphène, sans rien avoir besoin de modifier d’autre dans son processus de fabrication. D’après l’équipe de chercheurs, les capteurs en graphène vont faire baisser le prix final des appareils photos qui, de plus, consommeront dix fois moins d’énergie.
Impulsions laser ultracourtes dans tout le spectre visible
En raison de la capacité du graphène à absorber un large spectre de longueurs d’onde de la lumière, les expériences laissent présager qu’il va être possible d’utiliser le graphène pour créer des impulsions laser ultracourtes de toutes les couleurs émises en fractions d’une nanoseconde (en 2009, le physicien Andrea Ferrari, de l’université de Cambridge, démontrait déjà qu’il pouvait absorber le rayonnement du spectre infrarouge). Cette avancée va permettre de créer des lasers plus petits et plus économiques, utiles en micro-ingénierie et pour les appareils médicaux. (Voir l’article publié dans Nature).
Dépôt d’un brevet d’une technique permettant d’obtenir du graphène à bas coût à partir du coke
Comme nous l’expliquions dans notre reportage précédent, le graphène est obtenu à partir du graphite naturel extrait dans les mines de charbon. Même si ce minerai se trouve en abondance dans la nature, sa transformation coûte cher en consommation d’énergie puisqu’elle exige de hautes températures. Or, récemment, un groupe de chercheurs espagnols de l’institut national du charbon (INCAR-CSIC) a réussi à obtenir du graphène à partir du coke, produit dérivé du charbon et du pétrole. Cette nouvelle technologie, déjà brevetée, réduit considérablement les coûts d’obtention du graphène en comparaison avec sa fabrication à partir du graphite. Ce brevet espagnol place le pays en très bonne position dans la course à la recherche qui se tient dans le monde entier.
Le groupe de recherche, dirigé par la docteure Rosa Menéndez, responsable du groupe « Matériaux composés » de l’INCAR-CSIC (grupo de Materiales Compuestos del INCAR-CSIC) et coordonnatrice du CSIC dans la région espagnole des Asturies, participera au projet européen Coalphenes, financé par la Commission européenne. Ce projet vise à étudier, à compter de septembre et pendant trois ans, la façon d’obtenir des matériaux composés de graphène à partir des dérivés du charbon en vue d’applications exigeant des matériaux possédant une forte capacité de dissipation de la chaleur. (enlace al INCAR en anglais para Juan. http://www.incar.csic.es/composite).
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Graphène. La vie dans 50 ans (Neurosol).
L’Espagne en tête des recherches sur le graphène
Nous l’avons vu dans ces deux reportages, l’Espagne participe activement à la recherche théorique et appliquée sur le graphène. Plusieurs universités et plusieurs entreprises collaborent actuellement à des projets européens de pointe et sont en passe de devenir des référents de ce nouveau secteur.
Dans notre région, l’Université polytechnique de Carthagène a passé un accord de collaboration avec la société Graphenano, située à Yecla, pour développer des applications industrielles. Cette entreprise fournira à l’université du graphène sur différents supports et des nanofibres de carbone pour faciliter le travail des chercheurs.
Sources et liens utiles :
RTVE:
INCAR-CSIC:
http://www.incar.csic.es/composite_divulgacion
Nature:
http://www.nature.com/nature/index.html
Article :
Les températures critiques dans la synthèse des matériaux affins au graphène par exfoliation-réduction de l’oxyde de graphite
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862231200807X