Trois applications du graphène pour un dixième anniversaire. Les organisateurs de la Graphene Week, qui se déroule à Göteborg (Suède) du 4 au 8 septembre 2023, ont voulu marquer le dixième anniversaire du Graphene Flagship par la présentation d'applications de ce matériau lors d'une conférence de presse en ligne le 4. Et pour cause : cet ambitieux programme européen, initié en octobre 2013, s’achève en effet cette année, bien qu’il se poursuivra à plus petite échelle et sous d’autres formes.
Durant ces dix ans, le Graphene Flagship a eu pour vocation de stimuler les travaux de recherche sur ce matériau 2D, un assemblage monocouche d’atomes de carbone découvert en 2004, dont les propriétés mécaniques, thermiques et électriques sont hors du commun. Quelque 5300 publications scientifiques ont été publiées, 83 brevets ont été déposés et 17 start-ups ont été créées. Le tout pour un investissement total d’un milliard d’euros, dont la moitié allouée par la Commission européenne.
Auto-lubrifier des pièces mécaniques pour éviter la maintenance
Les pièces mécaniques actionnant les disjoncteurs à air, dispositifs critiques protégeant les circuits électriques industriels, sont régulièrement lubrifiées : quand la graisse vieillit, elle ne remplit plus sa fonction. Une procédure de maintenance préventive longue - 8 heures – et coûteuse. Le projet CircuitBreakers, coordonné par ABB, visait à l’escamoter grâce à la conception d’un lubrifiant alternatif à base de graphène. La technologie sera éprouvée fin septembre 2023 dans un disjoncteur commercial, ce qui correspond à un TRL 6.
Celle-ci est l’œuvre de la start-up italienne Nanesa : un revêtement composite multi-couches, comportant une couche de graphène épaisse de 15 à 25 micromètres et une couche de nickel de 500 nanomètres, assure l’autolubrification du mécanisme. Le procédé, reposant sur une technique d’électroplaquage, est par ailleurs « rentable », d’après la chef de projet Anna Anderson travaillant chez ABB. Il permet d’obtenir un revêtement homogène et constant, ce qui suggère que son industrialisation ne posera pas de difficulté insurmontable.
Renforcer les propriétés thermiques et mécaniques des voitures de course
Conçue par le constructeur italien Dallara Automobili, ce bolide joliment racé respecte en tout point les caractéristiques de la gamme Dallara Stradale. A la différence près que ses matériaux composites époxy sont dopés avec un additif, le graphène, qui leur confère des propriétés mécaniques et thermiques supérieures. Des critères cruciaux pour les sports mécaniques, limitant la casse et les départs de feux dangereux pour les pilotes.
Des onze familles de matériaux étudiées au départ de ce projet, inclus dans l’activité « Composites » du Graphene Flagship, Dallara Automobili n’en a retenu que deux. La première contient de l’oxyde de graphène à très petite dose (0,1% du poids) et a été expérimentée sur les panneaux latéraux et arrière. Elle réduit de 55% les vibrations et augmente de 15% la rigidité.
La seconde famille de matériaux incorpore des plaquettes en graphène, correspondant à 11% du poids. A l’intérieur du véhicule, elle améliore de 23% la conductivité thermique – ce qui signifie que les composants refroidissent plus vite – et agit donc comme un retardateur de flamme, répondant au test spécifique UL94.
Cette version de Dallara Stradale n’est qu’un prototype pour le moment. Sa commercialisation n’est pas envisagée, la moindre modification structurelle nécessitant une nouvelle homologation. La prochaine étape serait néanmoins que des fibres de carbone augmentées au graphène puissent être industrialisées.
Elargir le spectre des caméras pour un fonctionnement à l’épreuve de la météo
Si les capteurs d’image tendent à se généraliser dans l’automobile et la robotique mobile, ils demeurent coûteux, énergivores et sont « aveuglés » par la pluie ou encore le brouillard. Commencé en 2020 et achevé en ce mois de septembre 2023, le projet Autovision avait pour objectif de contourner ces limitations grâce à des capteurs infrarouges enrichis au graphène et produits à l’échelle industrielle.
Il est sur la bonne voie : ces capteurs au spectre étendu (du début de l’ultraviolet jusqu’au moyen infrarouge), améliorant la perception de l’environnement malgré des conditions climatiques dégradées, ont été élaborés par la deeptech espagnole Qurv. La technologie fait l’objet d’une preuve de concept par l’équipementier Veoneer.
Qurv Un capteur d'image enrichi au graphène sur son circuit imprimé, réalisé par la deeptech Qurv.
L’Institut de microélectronique et composants (Imec), en Belgique, développe de plus un procédé pour intégrer le graphène en fin de ligne (back-end of line) sur un wafer en silicium de 200 millimètres, donc sans chambouler l’outil industriel habituel.
Financé dans le cadre du programme-cadre Horizon Europe, le projet 2DNeuralvision succédera à Autovision à partir d’octobre 2023, et pour une durée de trois ans. L’objectif, outre l’amélioration des performances des capteurs, est d’explorer d’autres matériaux 2D, tels que les dichalcogénures de métaux de transition combinés avec des boîtes quantiques (quantum dots) colloïdales. Autre ambition : créer des circuits photoniques accélérateurs d’IA grâce à des guides d’ondes en graphène.
