Tout le monde connaît le silicium, ce matériau fétiche qui compose la quasi-intégralité des circuits électroniques qui nous entourent. S’il est le chouchou des fondeurs, ces fabricants de circuits intégrés, c’est qu’il a des propriétés de conductivité, de stabilité et de résistance physique à en faire pâlir ses potentiels concurrents. Du moins, jusqu’à aujourd’hui, puisqu’il est en train de se faire coiffer sur le poteau par une nouvelle star montante qu’est le graphène. L’occasion pour nous de faire un petit tour d’horizon de ce nouveau matériau et de ses capacités pour le moins (d)étonnantes…

Du graphite au graphène

Si l’on entend beaucoup parler du graphène, c’est que ce matériau, découvert en 2004 à Manchester, a beaucoup animé à la communauté scientifique. Tant et si bien d’ailleurs que les professeurs Geim et Novoselov ont reçu en 2010 le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur ce matériau.

Bon, tout ça est certes impressionnant, mais ça ne nous dit pas ce qu’est ce fichu graphène ! J’allais justement y venir. Ce n’est pas spécialement un matériau nouveau en soit puisqu’il vous suit depuis votre tendre enfance. Seulement, nous n’avons été capable de l’isoler que depuis 2004. En effet, prenez un cristal de graphite, c’est à dire, en langage courant, une simple mine de crayon de papier. Découpez là en tranches très fines, les plus fines possibles, à savoir de la hauteur d’un atome : vous obtenez alors du graphène !

En rentrant un tout petit peu plus dans les détails, le graphène est un matériau mono-cristallin composé uniquement d’atomes de carbones assemblés en une structure hexagonale de type « nid d’abeilles ». Ce cristal étant de l’épaisseur d’un seul atome, on considère qu’il est plan : on parle alors de cristal bidimensionnel. Pour illustrer la taille infinitésimale de ce cristal, il faudrait empiler près de 3 millions de feuilles de graphènes pour obtenir un morceau de graphite d’un millimètre d’épaisseur.

Plus fort que la kryptonite

Maintenant que vous savez ce qu’est le graphite, attardons nous un peu sur ses propriétés. Le graphite est un matériau si dense qu’aucune impureté ou presque ne peut s’y loger, en conséquence de quoi, le déplacement des électrons est beaucoup plus facile dans ce matériau que dans le silicium. Comptez une vitesse de déplacement jusqu’à trente fois plus grande que dans ce dernier, ce qui fait du graphène le meilleur conducteur connu à ce jour.

Sa petite taille permet également de miniaturiser les composants électroniques. Alors que la longueur de grille des transistors (leur dimension caractéristique) était figée par les propriétés du silicium aux alentours de 550 nanomètres (1/100ème du diamètre d’un cheveux), IBM a mis au point un transistor en graphène de 40 nanomètres de long, le plus petit jamais conçu à ce jour.

Parmi ses qualités, il ne faut pas oublier sa transparence et sa flexibilité, qui permettent de réaliser des écrans souples et transparents. A quoi bon avoir des écrans souples s’ils ne sont pas solides ? Et bien justement, le graphène, qui a la carrure d’un champion, a une résistance à la rupture 200 fois supérieure à l’acier pour un poids six fois moins important. On imagine également des batteries souples en graphène qui pourraient venir alimenter ces écrans nouvelle génération.

Un matériau grand public ?

Si le graphène semble avoir tout pour lui, il reste quand même quelques couacs parmi lesquels le coût de production qui, s’il commence à baisser, ne diminuera fortement qu’une fois son industrialisation répandue et les techniques de fabrication améliorées. Fort est à parier que tout ceci prendra encore quelques années avant que l’industrie arrive à maturation.

Enfin, à l’heure actuelle, notre connaissance du graphène ne permet pas de réaliser de transistors adaptés à l’électronique numérique (composée de signaux binaires, 0 ou 1) comme on peut l’utiliser dans les PC par exemple, mais seulement à l’électronique analogique (véhiculant un signal électrique continu) que l’on retrouve dans les capteurs, certains actionneurs (moteurs, résistances chauffantes…), des calculateurs spécifiques à très haute vitesse, etc…

Vous l’aurez compris, si le graphène pourrait bientôt faire ses premières apparitions dans vos chaumières, il reste encore un peu de temps avant qu’il ne se démocratise réellement. Cependant, il s’agit encore d’une technologie très récente et tous les regards sont portés vers elle, ce qui promet l’émergence imminente de nouvelles applications encore insoupçonnées. L’électronique n’a pas fini de nous épater !

A propos de l'auteur : Deeder

Guillaume Guérin, alias Deeder est étudiant en troisième année d'école d'ingénieur à l'ENSEIRB-MATMECA, en filière électronique où il se spécialise dans le traitement du signal et de l'image, après deux années intenses en prépa maths-physique (MP). Mais c'est avant tout un passionné d’informatique, de nouvelles technologies et de photographie. Curieux de tout et de rien, bref un geek quoi ! Vous pouvez le retrouver sur Twitter, sur son blog ou sa fiche d'identité numérique pour plus d'informations. Voir tous les articles de Deeder