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Tchouri ou l'âge des comètes

La mission Rosetta de l'ESA a montré que la comète « Tchouri » (67P Churyumov-Gerasimenko), sur laquelle l'atterrisseur de la sonde a fini par s'écraser, est composée à près de 40 % de molécules organiques. D'après les travaux de Jean-Loup Bertaux, du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UPMC/Univ. Versailles–Saint-Quentin-en-Yvelines), et Rosine Lallement, du laboratoire Galaxies, étoiles, physique et instrumentation (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot), ces molécules organiques auraient été formées dans le milieu interstellaire, avant la formation du système solaire.

En effet, l’on sait grâce à l’étude de la lumière des étoiles, et notamment des bandes diffuses interstellaires (« Diffuse Interstellar Bands », DIB), que des molécules organiques complexes sont présentes en quantité dans le milieu interstellaire. Dans les nuages interstellaires très denses, et notamment ceux dans lesquels une étoile va se former, les DIB ont tendance à diminuer parce que, d’après l’hypothèse émise par les deux chercheurs, les molécules organiques s’agglutinent et ne peuvent plus absorber autant de lumière. Le processus de formation des comètes, par agglutination non violente de petits grains de matières, aurait permis à ces molécules préexistantes au système solaire d’être préservées et identifiées 4,6 milliards d’années plus tard au sein de Tchouri.

Pour connaître la nature exacte de cette mystérieuse matière interstellaire, il faudra mettre sur pied une mission spatiale de collecte d’échantillons destinés à revenir sur Terre pour être analysés en laboratoire. En tout cas, si la matière organique des comètes provient bien du milieu interstellaire et qu’elle a joué un rôle dans l’apparition de la vie dur terre, rien n’interdit de penser qu’il en est de même ailleurs dans l’univers.

publié le 25 septembre 2017

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Propriétés du graphène
Les qualités électroniques et mécaniques du graphène ouvrent des pistes technologiques dans les domaines de l'électronique, de l'énergie, de la santé et des matériaux.

Publié le 31 mars 2017

Le graphène est un matériau en deux dimensions, un cristal constitué d’atomes de carbone agencés en hexagones. Dans la nature, l'empilement de couches de graphène forme le graphite, que l'on rencontre couramment dans les crayons. Enroulé sur lui-même, il forme les nanotubes. Flexible, léger, ultrarésistant, transparent, excellent conducteur, imperméable à de nombreux gaz, le graphène a des qualités électroniques et mécaniques qui lui ouvrent de nombreuses pistes dans les domaines des nanotechnologies et des sciences des matériaux.

Pour l'instant, sa structure peu modulable limite ses applications et ses performances et sa production reste très problématique et onéreuse. Le principal obstacle à franchir est donc la synthèse de la molécule de graphène elle-même, selon des procédés rentables. Des recherche cherchent à mettre en point des analogues organiques du graphène, avec les mêmes propriétés, mais plus faciles à produire. Pour une étude publiée dans Nature Chemistry, la méthode de synthèse mise au point devrait permettre la conception d’autres analogues organiques du graphène, ce qui constitue un enjeu majeur en chimie des matériaux.

Le graphène et l'électronique

Le graphène n'est ni un métal ni un semi-conducteur, ce qui laisse la possibilité de lui conférer différentes propriétés. Par exemple, obtenir une surface transparente, flexible et conductrice. Cela ouvre ouvre la voie à l’électronique souple, aussi bien pour les écrans des téléphones portables et des tablettes que pour le secteur textile. Grâce à la mobilité des électrons dans le graphène, qui se propagent cent fois plus rapidement que dans le silicium, ce matériau conducteur peut révolutionner le domaine de l'électronique rapide. Pour des systèmes de détection, par exemple ceux des pare-chocs dédiés au respect automatique des distances de sécurité, ou pour des applications sans fil telles que les télécommunications à haut débit, les communications par satellite, les radars et la photodétection en astrophysique.

Il est possible aussi de créer des dispositifs hybrides, associant par exemple étain et graphène, qui peuvent devenir supraconducteurs à partir de l'application d'une tension électrique. Avec cette nouvelle propriété, le courant se déplace sans perte, ce qui pourra servir notamment à la conception des ordinateurs quantiques, importante avancée attendue dans le domaine du traitement de l'information.

Le graphène et l'énergie

Sous sa forme de minces feuillets, le graphène sert au développement du photovoltaïque. Grâce à sa transparence, sa flexibilité et son excellente conductivité, le graphène peut remplacer dans la fabrication des électrodes des cellules solaires, l’actuel oxyde d’indium-étain, un matériau rare et toxique.

De même, ses propriétés électriques pourraient lui permettre de remplacer le carbone dans les batteries lithium-ion, qui alimentent la plupart de nos appareils électroniques. Enrichies en graphène, la conductivité des électrodes est améliorée, en plus d'augmenter la quantité d'énergie maximale emmagasinée et la durée de vie de la batterie.

Les supercondensateurs, de leur côté, pourraient recharger un téléphone portable en quelques secondes. Les surfaces poreuses des électrodes étant actuellement composées de charbon en poudre, les réaliser avec des nanofeuillets de graphène permettrait d’obtenir une plus grande capacité de stockage des ions. À plus long terme, l'hydrogène des piles à combustible pourrait être emmagasiné dans les feuillets de carbone du graphène plutôt que dans des bonbonnes sous pression. Cela permettrait d'atteindre un meilleur rendement, d'améliorer sans doute la sécurité et de diminuer le coût.

Le graphène et la santé

Avec sa large surface de contact, le graphène est très efficace pour détecter la présence des gaz. Associée à sa conductivité électrique, cette propriété permettrait de détecter une seule molécule de gaz parmi un milliard d’autres, avec l'avantage pour les capteurs de fonctionner à température ambiante. La détection sensible de la pollution sera utile pour sa santé des villes et des campagnes, en aéronautique et en médecine.

Grâce à sa propriété encore mal comprise de s'accumuler dans les tumeurs, le graphène pourrait être utilisé pour cibler les cellules cancéreuses. Soit pour les rendre visible par imagerie photoacoustique en liant les particules de graphène à de l'or, soit pour détruire spécifiquement les cellules malades en chauffant les particules de graphène. En plus de diagnostiquer et traiter les cancers, le matériau pourrait aider à l'ingénierie tissulaire, en accélérant la différenciation de cellules souches en cellules spécialisées.

Le graphène pourrait aussi révolutionner le domaine la désalinisation de l’eau de mer, en permettant à l'eau de mer de passer à travers une membrane extrêmement fine.

Le graphène et les matériaux

Deux cents fois plus résistant que l’acier mais six fois plus léger, et encore plus lorsqu'il fait partie de matériaux composites, le graphène pourrait se substituer à certains métaux. Par exemple, pour la construction d’avions plus légers donc moins coûteux et moins gourmands en énergie. En outre, de tels composites permettent de mieux évacuer le courant, ce qui évite d'ajouter une protection métallique supplémentaire pour évacuer la foudre. Là encore, gain de poids donc moins d'énergie consommée.

En savoir plus

Le graphène superstar, CNRS Le Journal (4 épisodes)

Les prouesses de l'électronique flexible, Sciences et Avenir

Des polymères organiques pour remplacer le graphène, Pour la Science

Arthur Jeannot
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