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Environ 200 fois plus résistant que l’acier, le graphène est l’un des plus minces matériau à base de carbone que l’homme connaisse, avec une épaisseur d’un atome. Excellent conducteur de chaleur, d’électricité, le graphène possède un large éventail de capacités d’absorption de la lumière.
Parce qu’il a un potentiel d’intégration illimité dans presque toutes les industries, le graphène pourrait apporter des innovations de rupture. C’est en tout cas, la conviction du professeur Konstantin Novoselov, physicien et lauréat du prix Nobel.
«Le graphène a le potentiel de révolutionner toute une gamme de procédés et d’industries. Depuis le premier isolement du graphène en 2004, nous avons assisté à un succès phénoménal et à l’application commerciale de ce matériau dans les industries électronique et automobile. J’attends avec impatience la prochaine phase des innovations potentielles notamment dans l’industrie de l’emballage” a déclaré le physicien.
Des performances supérieures aux technologies actuelles
Matériau léger, souple, conducteur et l’un des plus solides au monde, le graphène est en effet sur la bonne voie pour tenir ses promesses sur de nombreuses applications qui devraient arriver sur le marché d’ici 10 à 15 ans. Celles-ci seront notamment liées à l’électronique (opto), où le graphène peut offrir des performances supérieures à celles des technologies actuelles. Les développements dans ce domaine pourraient ainsi déclencher la prochaine génération d’appareils électroniques. Kari Hjelt, responsable de l’innovation dans le graphène, confirme que «nous assistons à la première vague de produits à base de graphène sur le marché. Les activités de commercialisation du graphène passent du développement des matériaux à l’intégration au niveau des composants et des systèmes. Nous verrons à l’avenir un nombre croissant de produits à forte valeur ajoutée pour divers domaines d’application “.
Pour Andrea C. Ferrari, responsable scientifique et technologique de Graphene et président de son comité de direction : “Le graphène et les matériaux connexes progressent vers la commercialisation à la vitesse attendue. Le produit phare pour le graphène n’est pas une question de battage médiatique, mais de résultats et de progrès concrets et tangibles. L’UE devrait renforcer sa position en tant que leader mondial et pionnier de la technologie du graphène avec l’incorporation de dispositifs au graphène dans divers secteurs”.
L’innovation au cœur du Graphene Flagship
Graphene Flagship est un projet financé par la Commission européenne réunissant près de 150 partenaires de 23 pays. Ce projet constitue le plus grand programme de recherche collaborative de l’Europe et vise à exploiter les propriétés uniques du graphène pour innover dans de nombreux secteurs industriels. Lancé en 2013, le projet est entré en 2018 dans sa seconde phase.
Le Graphene Flagship prévoit des applications à court terme dans le secteur des matériaux, avec des encres, des composites et des revêtements à base de graphène, pour des applications allant des emballages alimentaires aux textiles et aux articles de sport.
À moyen terme, le graphène pourrait être crucial pour le secteur de l’énergie et les analyses de marché s’accordent sur le potentiel élevé des batteries et des supercondensateurs au graphène. Avec la première installation solaire en graphène devant être installée en Crète, le Graphene Flagship montrera comment le graphène peut permettre une production d’énergie plus durable, conformément à l’engagement de l’Europe en matière d’énergies renouvelables.
Le Graphene Flagship a également annoncé la création du Phare du graphène. Avec un budget de près de 20 millions d’euros sur quatre ans, cette ligne pilote expérimentale ouvrira la voie à des produits en graphène compétitifs sur le plan commercial, tels que des émetteurs-récepteurs, des photodétecteurs et des capteurs.
Le Phare Graphene Flagship développera également un kit de conception de processus: un ensemble d ‘”instructions” permettant de prendre en charge les enregistrements sur les produits et de garantir la cohérence et la qualité des conceptions finalisées. Le Phare sera accessible par les milieux universitaires et industriels du monde entier.
Le Phare du graphène progresse ainsi comme prévu dans son objectif, en aidant les entreprises de l’UE à adopter des technologies à base de graphène. “Le nombre de prototypes que nous pouvons présenter augmente chaque année, ainsi que l’intérêt des industries européennes, de l’aérospatiale à l’emballage.”
Quatre PME donnent le ton
Quatre PME donnent déjà le ton en matière de commercialisation du graphène et des matériaux associés (GRM) dans le Graphene Flagship.
Ainsi, Emberion développe et produit de la photonique et de l’électronique au graphène qui révolutionnent les photodétecteurs infrarouges et les capteurs thermiques. Les applications comprennent l’imagerie hyperspectrale et thermique, la vision nocturne et la détection par rayons X. L’entreprise était une entreprise dérivée de Nokia. Après une longue expérience de recherche sur le graphène au sein de l’organisation de recherche de Nokia, l’équipe a rejoint le phare du graphène pour porter les travaux effectués sur l’optoélectronique sur le marché. «Emberion a été créé à un stade relativement précoce du développement de produit», a expliqué Tapani Ryhänen, PDG d’Emberion.
«Nos recherches ont abouti à des résultats prometteurs et à des prototypes fonctionnels et, surtout, nous avons pu obtenir un accord avec des investisseurs en capital-risque. “Emberion se concentre sur diverses applications de spectromètre et de vision artificielle en produisant de nouveaux capteurs d’image. Nous fournissons des produits avec une large plage de longueurs d’onde et un faible bruit. Nos capteurs d’image peuvent être utilisés par exemple dans les secteurs de l’agriculture, de la transformation alimentaire et de la pharmacie.”
Au cours de la prochaine année, Emberion fournira ses premiers produits d’imageur. L’activité commencera également avec le projet phare Graphene Flagship GBIRCAM, en collaboration avec ses partenaires, afin de renforcer la capacité de l’optoélectronique utilisant le graphène dans l’industrie.
Mettre les applications sur le marché rapidement et efficacement
Fondé en 2010, Graphenea, l’un des principaux producteurs mondiaux de graphène, a été l’un des premiers partenaires industriels à rejoindre le programme Graphene Flagship. Graphenea a participé aux étapes de proposition du projet phare de graphène et a collaboré étroitement depuis le lancement du programme financé par l’UE. L’activité est florissante pour Graphenea. En 2018, l’activité a généré 1,6 million d’euros et devrait croître de 25% en 2019.
Les installations de Graphenea sont situées à Saint-Sébastien, en Espagne, et à Boston, aux États-Unis. Les 25 employés de Graphenea contribuent au développement réussi d’applications de graphène, notamment en fournissant des films CVD en graphène, des puces GFET (Graphene Field-Effect-Transistors), des services GFAB (Graphene Field-Effect-Transistors) et des oxydes de graphène. Les activités de Graphenea couvrent plus de 60 pays et un large éventail de secteurs.
«La collaboration entre Graphenea et Graphene Flagship a évolué au cours des six dernières années», a expliqué Iñigo Charola, directeur du développement des affaires chez Graphenea. «Notre travail est devenu incroyablement axé sur le secteur, avec des projets phares visant à mettre les applications sur le marché rapidement et efficacement».
Aujourd’hui, l’entreprise se concentre non seulement sur la production de graphène, mais également sur le développement de ses capacités de traitement du matériau.
BeDimensional produit et développe des cristaux de graphène et 2D pour les industries manufacturières et énergétiques. Ses principales applications concernent les revêtements et les peintures et la production de matériaux pour les applications énergétiques.
En tant que start-up, BeDimensional a été créée en tant que société dérivée de l’Istituto Italiano di Tecnologica (IIT). Le groupe de recherche a commencé ses recherches dans des études fondamentales sur les propriétés électroniques des systèmes semi-conducteurs à deux dimensions. Ils étaient également en train d’étudier certaines possibilités pour ajuster l’interaction de l’hydrogène et du carbone en courbant une feuille de graphène.
Pour cette dernière étude, l’équipe a été approchée dans les premières étapes du projet phare du graphène pour mettre en place un programme de travail sur le stockage de l’hydrogène.
Après une période d’incubation de deux ans au sein de l’institut même, BeDimensional est passé sur le marché après l’acquisition de 51% des actions par le Camponovo.
La poussée définitive sur la voie de l’industrialisation est intervenue fin 2018, après l’investissement de 18 millions d’euros du groupe Pellan. Alors, quelle est la prochaine étape pour BeDimensional? La société est maintenant totalement immergée dans la mise en œuvre de ses stratégies industrielles et commerciales.
La première ligne de production de cristaux bidimensionnels est déjà opérationnelle et l’entreprise est en train de mettre en place plusieurs laboratoires de recherche et développement.
«Nous devons nous positionner stratégiquement au bon niveau des chaînes de valeur industrielles liées à chaque application spécifique», a expliqué Vittorio Pellegrini, fondateur et conseiller scientifique de BeDimensional. «Nous pensons qu’il est crucial d’établir des partenariats et des coentreprises avec des acteurs mondiaux appropriés. Dans le même temps, nous renforcerons notre investissement dans la R & D en attirant les meilleurs collaborateurs».
Des encres à base de graphène pour de nouvelles applications technologiques
Versarien, dont le siège est situé à Cheltenham, au Royaume-Uni, est une société de solutions d’ingénierie qui propose de nouvelles technologies pour les applications industrielles.
À travers ses filiales, Versarien fournit des solutions ciblées ainsi que de la recherche et développement sur de nouvelles technologies complémentaires. Versarien a été fondée en 2010 et est membre associé du Graphene Flagship depuis 2018, collaborant étroitement avec les chercheurs du projet. La société a acquis plusieurs entreprises sous le groupe Versarien, notamment deux entreprises dérivées d’universités renommées menant des recherches sur le graphène. En 2014, 2-DTech a rejoint le groupe.
2-DTech a été créée à l’origine par l’Université de Manchester pour fabriquer et fournir du graphène de haute qualité destiné à la recherche et au développement. L’entreprise est devenue une entreprise commerciale qui fournit non seulement du graphène de haute qualité et d’autres matériaux 2D, mais travaille également à l’application du graphène dans des projets de développement de produits.
En 2017, Versarien a acquis Cambridge Graphene Ltd. de l’Université de Cambridge. Cambridge Graphene développe des encres, des composites et des supercondensateurs à base de graphène et de matériaux apparentés, en utilisant des procédés développés par le Cambridge Graphene Center.
Le Cambridge Graphene Centre a pour mission d’étudier la science et la technologie du graphène et d’autres allotropes du carbone, de cristaux stratifiés et de nanomatériaux hybrides. La société dérivée a commercialisé des encres à base de graphène pour de nouvelles applications technologiques.
Ces deux entreprises dérivées du Graphene Flagship se joignent aux nombreuses autres sociétés du groupe Versarien, créant ainsi un véritable atout pour la commercialisation du graphène et la croissance de l’entreprise.
Le graphène pour un emballage intelligent
Tetra Pak a également rejoint le projet phare «Graphene Flagship» de la Commission européenne en tant que représentant exclusif de l’industrie de l’emballage pour explorer les applications possibles du graphène dans la future fabrication des aliments et des boissons.
«L’implication de Tetra Pak dans le projet phare du graphène européen est un exemple de notre ambition de porter l’innovation au niveau suivant. C’est un privilège d’être le seul représentant de notre industrie dans cette initiative de recherche et nous positionne à la pointe pour relever les défis par le biais d’une recherche et d’un développement multidisciplinaires en collaboration avec nos partenaires de l’industrie», a déclaré Sara De Simoni, vice-présidente de l’équipement, Tetra Pak.
Tetra Pak mène ainsi des activités de R & D dans le secteur de l’emballage et explore les possibilités offertes par le graphène pour déverrouiller une gamme d’innovations nouvelles et révolutionnaires pour l’industrie de la restauration. Il est ainsi question d’innovation dans les matériaux d’emballage. En effet, Tetra Pak étudie actuellement comment le graphène pourrait offrir des revêtements afin de réduire l’empreinte carbone de la chaîne d’approvisionnement des emballages. Le graphène peut également améliorer les performances des matériaux d’emballage actuels en permettant de nouvelles fonctionnalités et en augmentant la recyclabilité.
Avec le développement de l’emballage intelligent, les capteurs ultra-minces flexibles de graphène peuvent être intégrés dans des emballages en tant que supports de données pour les producteurs, les détaillants et les consommateurs. Les capteurs de graphène peuvent également être plus petits, plus légers et moins coûteux que les capteurs traditionnels.
Explorer les moyens d’utiliser des composites de graphène pour rendre les équipements plus légers et plus efficaces du point de vue énergétique peut potentiellement réduire les coûts et la consommation d’énergie. Avec seulement les modifications nécessaires à l’équipement plutôt que des achats supplémentaires, le temps et l’argent sont économisés.