Du projet au vaisseau spatial: deux expériences repoussent les limites du potentiel du graphène

Publié par Redbran le 18/01/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS
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Illustration: Graphene Flagship
Du fait de ses propriétés originales, le graphène est considéré comme un matériau révolutionnaire dans de nombreux secteurs et applications. L'initiative Graphene Flagship, la plus grande initiative de recherche multipartite jamais entreprise en Europe, a pour objectif de façonner littéralement l'avenir de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :).

D'une durée de 10 ans, l'initiative Graphene Flagship, partiellement financée par l'UE, a pour objectif d'exploiter le potentiel technologique du graphène et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) en couche apparentés pour de futures applications. Les chercheurs de cette initiative ont récemment mené deux expériences destinées à évaluer, pour la première fois, la possibilité d'utiliser le graphène dans des applications spatiales. Ces expériences, réalisées en collaboration avec l'http://www.esa.int/ESA (Agence Spatiale Européenne) et d'autres partenaires, ont testé ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) dans des conditions d'apesanteur, en particulier pour la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) légère et pour des applications de gestion thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), avec des résultats très prometteurs.

L'espace est-il la Nouvelle Frontière du graphène?

Grâce à ses propriétés thermiques, optiques, de résistance et de poids uniques, le graphène constitue un candidat idéal pour améliorer les performances des applications aérospatiales et satellitaires. Au cours d'une série d'expériences menées à la fin de l'année dernière, les chercheurs de Graphene Flagship ont étudié l'utilisation possible de ce matériau pour améliorer la propulsion spatiale (Cet article présente le concept de propulsion spatiale, c'est-à-dire tout système permettant de...), ainsi que pour les systèmes de gestion thermique et les caloducs en boucle.

Une équipe d'étudiants diplômés de l' Université technique de Delft, aux Pays-Bas a utilisé les conditions de microgravité (La microgravité, dans le domaine de l'astronautique, est l'état d'un corps tel que l'ensemble des...) (un millionième de la force gravitationnelle de la Terre) de la tour de chute libre du ZARM, haute de 146 mètres, afin d'étudier l'utilisation du graphène pour les voiles solaires. L'équipe a conçu trois membranes en graphène flottant librement, qui ont été exposées à une pression de radiation (La pression de radiation est la pression exercée sur une surface exposée à un rayonnement...) générée par laser, afin d'observer comment elles réagissaient et la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) pouvant être générée. Pour surmonter les difficultés techniques initiales, l'équipe a répété cette expérience à cinq reprises. Elle a obtenu près de 10 secondes d'apesanteur en catapultant dans le vide une capsule contenant le dispositif expérimental.

La deuxième expérience a étudié comment l'utilisation du graphène pourrait améliorer l'efficacité du transfert de chaleur dans les caloducs en boucle (des systèmes de refroidissement couramment utilisés dans les satellites) et améliorer leur durée de vie et leur autonomie. Les chercheurs ont remplacé les habituels revêtements métalliques poreux des éléments capillaires, situés dans le tuyau et utilisés pour refroidir le système en transférant la chaleur dans un fluide, par deux variétés de matériaux apparentés au graphène. Ceux-ci ont ensuite été testés dans le cadre de deux vols paraboliques de l'ESA en microgravité et en hypergravité, afin de déterminer s'ils présentaient une meilleure conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des...). Au cours de chaque vol de trois heures, l'avion spécialement modifié a effectué 30 montées paraboliques et permis d'obtenir environ 25 secondes d'apesanteur pour chaque parabole (La parabole est l'intersection d'un plan avec un cône lorsque le plan est parallèle...).

Les résultats des deux expériences démontrent la polyvalence du graphène et les chercheurs étudient maintenant l'influence de la pression de radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) sur les voiles légères en graphène, tout en mettant au point des caloducs à base de graphène destinés à la commercialisation.

L'avenir repose sur des personnes et des produits innovants

Produit à partir d'une couche de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) épaisse d'un atome seulement et se présentant sous la forme d'un réseau hexagonal bidimensionnel, le graphène est à la fois léger et solide (on considère qu'il est environ 200 fois plus résistant que l'acier). Il est d'autre part doté d'excellentes propriétés électriques, mécaniques, thermiques et optiques, tout en étant quasiment transparent. Ces caractéristiques en font un matériau extrêmement intéressant pour les scientifiques et ingénieurs cherchant à mettre au point toute une série de produits plus rapides, plus fins, plus résistants et plus souples.

Destinée à explorer le potentiel du graphène, qui pourrait révolutionner de nombreux secteurs industriels et générer ainsi de la croissance et de nouveaux emplois, l'initiative Graphene Flagship, d'une durée de 10 ans, est conçue pour représenter la totalité de la chaîne de valeur, depuis les composants jusqu'aux systèmes. Un consortium d'experts universitaires et industriels, comprenant environ 150 partenaires de 23 pays, coordonne et gère les divers volets de ses recherches. La Commission européenne y contribue directement par un financement, ainsi que par les travaux de projets financés par l'UE, tels que GRAPHENECORE 1.

Avec le temps, les résultats de cette initiative permettront de progresser vers le développement d'applications spécifiques. La mission de l'initiative de recherche consiste également à donner à des étudiants et de jeunes chercheurs la possibilité de suivre des formations et de participer à des recherches de pointe.


Pour plus d'informations, voir:
- Site web de The Graphene Flagship
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Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
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