Le graphite, comme celui que l’on trouve dans les mines de crayons, est un conducteur d’électricité. © Devanath, Pixabay License

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Graphite : pourquoi est-il conducteur d’électricité ?

Question/RéponseClassé sous :physique , graphite , conducteur

Un conducteur électrique se définit par le fait qu'il autorise les électrons à se déplacer à travers lui. Et c'est ce que la structure particulière du graphite lui permet.

Le graphite a été découvert au XVIIe siècle. Et l'on a commencé à l'utiliser dès lors pour la fabrication de mines de crayons. Mais ce n'est qu'en 1779 que le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele en donne la composition. Le graphite est l'un des allotropes du carbone. En d'autres mots, c'est l'une des formes cristallines du corps simple qui correspond à l'élément chimique carbone. Le diamant, par exemple, en est une autre.

C'est la structure particulière du graphite qui le rend conducteur. Il se présente sous la forme de feuillets à mailles hexagonales. Des feuillets de graphène qui sont séparés les uns des autres de moins d'un demi-nanomètre. Chaque atome de carbone qui constitue les feuillets est fortement lié -- par des liaisons covalentes -- à trois autres atomes de carbone.

Le graphite est noir. Une couleur qu’il doit aussi à ses électrons de conduction. Ceux-ci, en effet, interagissent avec les photons qui frappent le matériau. Ils absorbent leur énergie et rendent ainsi le graphite opaque. © Daniel Schwen, Wikipédia, CC by-sa 2.5

Une structure en feuillets

Or, dans la couche de valence de chaque atome de carbone, il y a quatre électrons. De quoi former, non pas trois, mais bien quatre liaisons. Ainsi, dans le graphite, le quatrième électron se lie par ce que les physiciens appellent une liaison covalente de type π. Ces liaisons sont « moins solides » que les autres. Et elles laissent surtout plus de liberté aux électrons qui s'y engagent. Plus de mobilité. De quoi les autoriser à se déplacer dans le réseau cristallin. C'est, par définition, de cette manière que le graphite s'avère capable de conduire l’électricité.

Notez cependant que la structure en feuillets du graphite le rend anisotrope. Ainsi, la conductivité du graphite est-elle assez différente, qu'on la considère dans le plan des feuillets ou dans une direction perpendiculaire aux feuillets. Des études ont par ailleurs montré que dans certaines conditions -- sur des échelles de temps très courtes et avec des champs électriques d'amplitudes particulièrement grandes --, le graphite peut aussi se comporter comme un semi-conducteur.

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