L’Europe investit massivement dans l’étude des matériaux à 2 dimensions

13.04.18

Découvert il y a seulement quelques années, le graphène intéresse beaucoup le monde scientifique et industriel. Ce matériau, composé d’un plan de graphite (le même que nous retrouvons au bout des crayons), a ouvert des possibilités insoupçonnées pour une nouvelle classe de matériaux : les matériaux à 2 dimensions. Ces derniers offriraient de nombreuses perspectives technologiques.

C’est en tout cas ce que cherche à évaluer le consortium Européen « Graphene Flagship », auquel participent les professeurs Luc Henrard et Philippe Lambin, du département de physique de l’UNamur.

10 ans de recherche, 1 milliard d’euro

Financé à hauteur d’un milliard d’euro pour 10 ans, le « Flagship » investit dans plusieurs champs de recherche. Celui sur le graphène s’est développé en plusieurs phases en étudiant divers problématiques.

La 3^e phase, intitulée « Graphene-based disruptive technologies », projet GrapheneCore1*, vient de se clôturer. Divisés en 19 workpackages, les 150 partenaires européens s’y sont partagés des tâches.

« Prendre part à un projet de cette envergure a été intéressant pour établir un réseau de partenaires. Il nous a aussi offert la possibilité d’un retour régulier sur nos travaux, en démontrant l’intérêt scientifique et technologique d’aller plus loin dans certaines problématiques » explique Luc Henrard, responsable du projet pour l’UNamur.

Philippe Lambin et son équipe se sont penchés sur les propriétés électroniques des matériaux à deux dimensions et leurs défauts. Quand celle de Luc Henrard a travaillé sur deux tâches liées à la standardisation.

Le casse-tête des standards

« Etablir des standards, des normes, pour la caractérisation de nouveaux matériaux est extrêmement important car concernant les nanomatériaux, leurs propriétés varient selon la taille et la forme du matériau » souligne le Pr. Henrard.

De plus, si l’on souhaite utiliser quelque chose de manière industrielle, il est essentiel que les producteurs et les utilisateurs parlent le même langage, afin ne pas acheter un chat dans un sac. Ce qui induit un consensus.

« Nous nous sommes rapidement rendus compte que mettre tout le monde d’accord est compliqué. Pour la simple raison que ce matériau est nouveau, cela fait à peine 15 ans qu’il est produit. Dès lors, chaque labo le caractérise à sa façon ».

Des collaborations internationales

Pour définir ces standards, Luc Henrard et son équipe ont collaboré avec l’Institut de technologie de Karlsruhe (Allemagne), l’Université de Montpellier (France), l’Université de Saragosse (Espagne), le Laboratoire national de métrologie et d'essais (France), et le National Physical Laboratory (Grande-Bretagne).

« Nous avons notamment définis un protocole pour déterminer le nombre de couches de graphènes composant le matériau, développe Luc Henrard. Nous avons aussi analysé la manière de déterminer la densité de défauts car certain domaine d’application, comme l’électronique, demande une grande pureté des éléments ».

Pour ce faire, les chercheurs ont employé avec leurs partenaires de Montpellier la spectroscopie Raman. Une méthode d’observation et de caractérisation de la composition, et de la structure d'un matériau.

Après 4 ans de travail, l’équipe namuroise a déposé en janvier dernier un papier réunissant les normes standardisées établies pour le graphène. « Les comités internationaux ont maintenant 18 mois pour valider ou non ces standards ».

Le graphène, futur matériau de nos technologies

Au final, le but du consortium européen est de passer de la recherche fondamentale à l’appliquée.

« Dans l’étude des matériaux, la plupart n’aboutissent pas à une application industrielle. C’est pourquoi le consortium opère un « recadrage » tous les deux ans sur les avancées des projets. Certaines directions de recherche sont abandonnées, quand d'autres émergent ».

L’apport technologique du graphène pourrait être multiple. Il est en effet le premier matériau réellement en 2D, conducteur d’électricité, résistant, flexible, et transparent.

« A titre d’exemple, nos écrans, les panneaux photovoltaïques, les LEDs, etc. nécessitent des couches transparentes et conductrices. Qui sont réalisées en ITO (Oxide d'étain dopé à l'Indium » explique Luc Henrard.

« Mais l’indium est un élément rare, et on sait qu’on arrivera un jour à une pénurie, alors même que la demande explose. Par contre, le carbone, élément de base du graphène, ne posera aucun problème de disponibilité ».

Une dimension supplémentaire !

De son côté, le Pr. Philippe Lambin organise un workshop intitulé "Workshop on nanocomposite polymers for 3D-printing of high-tech structures" les 22 et 23 mai 2018. Ce workshop, ouvert à tous les chercheurs intéressés, est proposé dans le cadre du Projet européen H2020 Graphene 3D**. Il sera suivi de 3 jours de réunions de projet (accès réservé). Plus d'infos et inscriptions ...

*The GrapheneCore1 project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Excellent Science FET grant agreement N° 696656.

**The Graphene 3D project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie-sklodowska Curie grant agreement N° 734164.

C.S