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Nanosciences : C’est la course au graphène ! (par Xavier Müller)

Retour, avec la physicienne Annick Loiseau (Lauréate de la médaille d’argent du CNRS en 2006, cette scientifique est reconnue dans le monde entier pour ses travaux sur les nanotubes), sur l’engouement suscité par le graphène, un matériau qui a fait l’objet du dernier prix Nobel de physique. Tel un artefact magique des Mille et Une Nuits, il est paré de multiples vertus : excellent conducteur électrique et thermique, à la fois souple et très résistant mécaniquement, capable d’être “dopé” pour devenir semi-conducteur comme le silicium des circuits électroniques... Le graphène, simple feuillet d’atomes de carbone organisés en nid-d’abeilles, l’empilement de ces feuillets constituant le graphite, a subi un coup de projecteur fin 2010, lorsque le Nobel de physique a été décerné aux chercheurs qui l’ont isolé en 2004, Andre Geim et Konstantin Novoselov. Si l’horizon des applications est encore lointain, une course s’est engagée pour la maîtrise des technologies qui lui sont liées. Aux côtés de l’Asie et des États-Unis, la France se distingue grâce à l’union de ses forces depuis deux ans au sein du groupement de recherche (GDR) Graphène et nanotubes (Celui-ci s’ouvre actuellement aux équipes étrangères, se transformant ainsi en Groupement de recherche international), dans lequel le CNRS est très impliqué. Ainsi, un tiers des cinquante équipes du GDR travaillent spécifiquement sur le graphène. Ce qui fait de l’Hexagone un acteur de premier plan dans les trois grandes voies de recherche sur le sujet, à commencer par la synthèse du graphène. En effet, la méthode des deux Nobel ne permet pas d’aboutir à de nombreux échantillons : pour simplifier, ils ont utilisé du ruban adhésif pour effeuiller le graphite jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un feuillet de graphène. Heureuse ment, « il existe la technique de l’épitaxie sur carbure de silicium », indique Annick Loiseau, chercheuse au Laboratoire d’étude des microstructures, à Châtillon (Unité CNRS/Onera), et directrice du GDR. Elle consiste à chauffer du carbure de silicium, un minéral artificiel qui sert d’abrasif dans l’industrie : en s’évaporant, les atomes de silicium présents en surface laissent un feuillet de graphène derrière eux. À Grenoble, l’Institut Néel du CNRS s’est fait une spécialité de la méthode. Vient ensuite la caractérisation des échantillons. Une opération nécessaire parce qu’« il est difficile d’obtenir du graphite sans défauts, souligne Annick Loiseau. En outre, on ne connaît pas à l’avance le nombre de couches d’atomes de carbone créées ». Pour combler ces lacunes, le Laboratoire Charles-Coulomb (Unité CNRS/Université Montpellier 2) de Montpellier et l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés de Paris (Unité CNRS/U PMC/Université Paris-Diderot/IPGP/IRD. S. Unité CNRS/Université Paris-Sud 11) adaptent de concert la technique de la spectroscopie Raman au graphène. Grâce à ce travail et à l’apport du synchrotron Soleil, « la France est en avance dans la caractérisation », se félicite la physicienne. Enfin, l’effort de recherche se concentre sur la remarquable conductibilité électrique du matériau. Alors que, même dans un métal ultra pur, la présence de défauts ralentit les électrons, ils effectuent dans le graphène de très longs parcours avant d’être déviés. En outre, les propriétés du graphène le rendent intéressant pour tes- ter des lois de la physique fondamentale. Le Laboratoire de physique des soli des5, le Centre d’élaboration de matériaux et d’études structurales du CNRS et l’Institut Néel sont pionniers en la matière.

Contact : Annick Loiseau [e-mail]

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