GRAPHÈNE

Du laboratoire aux applications

De multiples applications ont été envisagées pour le graphène, qui est un matériau stable, dont la fabrication ne fait appel qu’à des éléments chimiques abondants, et a priori non toxiques. Ainsi de nombreuses start-up et entreprises ont investi dans son développement, mais seule une poignée d’applications est rentable commercialement. En effet, l’adoption d’un nouveau matériau à l’échelle industrielle requiert une normalisation des procédés de fabrication, la validation de son innocuité sanitaire et, enfin, l’adoption de standards de qualité facilitant les échanges commerciaux.

Le marché du graphène connaît une expansion significative : il représentait 100 millions de dollars en 2020, et il enregistre depuis une croissance annuelle continue de 35 %. Parallèlement, plus de la moitié des articles scientifiques sur le graphène sont tournés vers les applications.

Les applications du graphène sont principalement issues des propriétés mécaniques et électrochimiques de l’oxyde de graphène, dont la production à grande échelle est facile, bon marché et sobre d’un point de vue énergétique. Utilisé comme additif en petite quantité, le graphène améliore de manière importante la robustesse et la longévité des plastiques, du béton et des peintures. Pour le béton, par exemple, l’ajout de moins de 1 % de graphène multiplie par 2 sa résistance mécanique et par 4 sa résistance à l’eau. Ce matériau hybride permet donc de réduire la masse de béton nécessaire à la construction d’un bâtiment – le béton participe aux émissions mondiales de dioxyde de carbone à hauteur de 12 % – et d’augmenter la durabilité de ces ouvrages. De plus, le graphène est facilement produit à partir des déchets plastiques par chauffage rapide. Il est donc probablement appelé à jouer un rôle important dans la transition écologique.

Dans le domaine des batteries, le graphène est utilisé pour améliorer les propriétés électrochimiques des électrodes, ce qui permet d’augmenter la capacité réversible, la puissance et la stabilité des batteries, ainsi que la vitesse de recharge.

De nombreuses autres innovations sont en développement. Parmi celles-ci, on peut citer l’utilisation du graphène pour l’électronique souple et transparente, les biocapteurs, ou encore son incorporation au sein des microprocesseurs pour diminuer les résistances de contact entre l’alimentation électrique et les transistors, et ainsi réduire drastiquement leur consommation d’énergie. Enfin, on envisage des électrodes constituées de graphène modifié par l’ajout d’atomes isolés de platine au sein des piles à hydrogène, afin d’éviter l’utilisation du platine massif, extrêmement rare et coûteux.