L’initiative « Graphene Flagship » a étudié les effets du graphène (bleu) et des matériaux associés sur la santé et l’environnement. Microscopie électronique à balayage colorée. Crédit : Empa
La plus grande initiative de recherche de l’UE jamais lancée s’est terminée avec succès : le projet phare sur le graphène a été officiellement conclu à la fin de l’année dernière. Des chercheurs de l’Empa ont également été impliqués, comme le biologiste moléculaire Peter Wick, qui a participé dès le début au groupe de travail Santé et environnement – et qui vient de résumer les résultats dans ce domaine avec des collègues internationaux dans un article de synthèse dans la revue spécialisée. ACS Nano.
Voir grand. Malgré son sujet de recherche, telle pourrait bien être la devise du Graphene Flagship, lancé en 2013 : avec un budget global d’un milliard d’euros, il s’agissait à ce jour de la plus grande initiative de recherche européenne, aux côtés du Human Brain Flagship, lancé à le même temps. Il en va de même pour l’article de synthèse sur les effets de graphène et des documents connexes sur la santé et l’environnement, que les chercheurs de l’Empa Peter Wick et Tina Bürki viennent de publier avec 30 collègues internationaux dans la revue scientifique ACS Nano ; sur 57 pages, ils résument les résultats sur les risques sanitaires et écologiques des matériaux graphène, la liste de référence comprend près de 500 publications originales.
Une richesse de connaissances – qui donne également le feu vert. « Nous avons étudié les effets aigus potentiels de divers graphènes et matériaux similaires sur les poumons, dans le tractus gastro-intestinal et dans le placenta – et aucun effet aigu grave endommageant les cellules n’a été observé dans aucune des études », explique Wick, résumant les résultats. Bien que des réactions de stress puissent certainement se produire dans les cellules pulmonaires, les tissus se rétablissent assez rapidement. Cependant, certains des matériaux 2D les plus récents, tels que les nitrures de bore, les dichalcogénures de métaux de transition, les phosphènes et les MXènes (voir l’encadré d’information), n’ont pas encore été beaucoup étudiés, souligne Wick ; des investigations plus approfondies étaient nécessaires ici.
Dans leurs analyses, Wick and Co. ne se sont pas limités aux matériaux de type graphène nouvellement produits, mais ont également examiné l’ensemble du cycle de vie de diverses applications de matériaux contenant du graphène. En d’autres termes, ils ont étudié des questions telles que : Que se passe-t-il lorsque ces matériaux sont abrasés ou brûlés ? Des particules de graphène sont-elles libérées et cette fine poussière peut-elle nuire aux cellules, aux tissus ou à l’environnement ?
Un exemple : l’ajout de quelques pour cent de graphène à des polymères, tels que des résines époxy ou des polyamides, améliore considérablement les propriétés des matériaux telles que la stabilité mécanique ou la conductivité, mais les particules d’abrasion ne provoquent aucun effet nanotoxique spécifique au graphène sur les cellules et tissus testés. . L’équipe de Wick pourra poursuivre ces recherches même après la fin du projet phare, notamment grâce au financement de l’UE dans le cadre des projets dits Spearhead, dont Wick est directeur adjoint.
En plus de l’équipe de Wick, des chercheurs de l’Empa dirigés par Bernd Nowack ont utilisé des analyses de flux de matériaux dans le cadre du Graphene Flagship pour calculer l’impact environnemental futur potentiel des matériaux contenant du graphène et ont modélisé quels écosystèmes sont susceptibles d’être touchés et dans quelle mesure. L’équipe de Roland Hischier, comme celle de Nowack au laboratoire Technologie et société de l’Empa, a utilisé des analyses du cycle de vie pour étudier la durabilité environnementale de différentes méthodes de production et des exemples d’application pour divers matériaux contenant du graphène. Et l’équipe de Roman Fasel du laboratoire nanotech@surfaces de l’Empa a fait progresser le développement de composants électroniques basés sur des rubans de graphène étroits.
L’initiative « Graphene Flagship » en chiffres. Crédit : Empa
Une réussite européenne en matière de recherche et d’innovation
Lancé en 2013, le Graphene Flagship représentait une toute nouvelle forme de recherche conjointe et coordonnée d’une ampleur sans précédent. L’objectif de ce projet à grande échelle était de rassembler des chercheurs d’institutions de recherche et de l’industrie pour apporter des applications pratiques basées sur le graphène du laboratoire au marché d’ici dix ans, créant ainsi une croissance économique, de nouveaux emplois et de nouvelles opportunités pour l’Europe dans des domaines clés. les technologies. Au cours de ses dix années d’existence, le consortium était composé de plus de 150 équipes de recherche universitaires et industrielles dans 23 pays ainsi que de nombreux membres associés.
En septembre dernier, la période de financement de dix ans s’est terminée avec la Semaine du graphène à Göteborg, en Suède. Le rapport final démontre de manière impressionnante le succès de ce projet ambitieux à grande échelle : le Flagship a « produit » près de 5 000 publications scientifiques et plus de 80 brevets. Elle a créé 17 spin-offs dans le secteur du graphène, qui ont levé au total plus de 130 millions d’euros en capital-risque. Selon une étude de l’institut allemand de recherche économique WifOR, le Graphene Flagship a généré une valeur ajoutée totale d’environ 5,9 milliards d’euros dans les pays participants et a créé plus de 80 000 nouveaux emplois en Europe. Cela signifie que l’impact du projet phare Graphene est plus de 10 fois supérieur à celui des projets européens plus courts.
Peter Wick, chercheur à l’Empa, a participé dès le début au « Workpackage Health and Environment ». Crédit : Empa
Au cours du projet, l’Empa a reçu au total environ trois millions de francs de financement – ce qui a eu un effet «catalytique», comme le souligne Peter Wick: «Nous avons pratiquement triplé ce montant grâce à des projets ultérieurs totalisant environ 5,5 millions de francs. francs, y compris d’autres projets de l’UE, des projets financés par le Fonds national suisse (FNS) et des projets de coopération directe avec nos partenaires industriels – et tout cela au cours des cinq dernières années.»
Mais l’avantage de tels projets va bien au-delà du financement généreux, souligne Wick : « C’est vraiment unique d’être impliqué dans un projet d’une telle envergure et dans un réseau aussi large sur une si longue période. D’une part, cela a donné lieu à de nombreuses nouvelles collaborations et idées de projets. D’un autre côté, travailler avec des partenaires internationaux sur une si longue période a une tout autre qualité : nous nous faisons une confiance presque aveugle ; et une équipe aussi bien coordonnée est beaucoup plus efficace et produit de meilleurs résultats scientifiques », est convaincu Wick. Enfin, de nombreuses amitiés personnelles se sont nouées.
Une nouvelle dimension : le graphène et autres matériaux 2D
Le graphène est un matériau extrêmement prometteur. Il est constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés en nid d’abeille et possède des propriétés extraordinaires : résistance mécanique, flexibilité, transparence et conductivité thermique et électrique exceptionnelles. Si le matériau déjà bidimensionnel est encore plus restreint dans l’espace, par exemple dans un ruban étroit, des effets quantiques contrôlables peuvent être créés. Cela pourrait permettre un large éventail d’applications, depuis la construction de véhicules et le stockage d’énergie jusqu’au l’informatique quantique.
Pendant longtemps, ce « matériau miracle » n’a existé qu’en théorie. Ce n’est qu’en 2004 que les physiciens Konstantin Novoselov et Andre Geim de l’Université de Manchester ont pu produire et caractériser spécifiquement le graphène. Pour ce faire, les chercheurs ont retiré des couches de graphite avec un morceau de ruban adhésif jusqu’à ce qu’elles n’aient plus qu’un seul éclat. atome épais. Ils ont reçu le prix Nobel de physique pour ces travaux en 2010.
Depuis, le graphène fait l’objet de recherches intensives. Entre-temps, les chercheurs ont découvert davantage de matériaux 2D, tels que le graphène dérivé du graphène. acide, l’oxyde de graphène et les cyanographes, qui pourraient avoir des applications en médecine. Les chercheurs souhaitent utiliser des matériaux inorganiques 2D tels que le nitrure de bore ou les MXènes pour construire des batteries plus puissantes, développer des composants électroniques ou améliorer d’autres matériaux.
