au sommaire
Schéma de la cellule photovoltaïque réalisée par l'équipe allemande. L'anode en graphène (en haut) et la cathode en or (en bas) enserrent les deux couches de semi-conducteurs photosensibles. © Linjie Zhi/Max Planck Institute for Polymer Research
On ne trouve l'indiumindium qu'en minuscules quantités dans les mines de zinczinc. Pourtant, sa consommation ne fait qu'augmenter et les géologuesgéologues estiment qu'à ce rythme les gisementsgisements mondiaux seront épuisés dans quelques années, une dizaine tout au plus. Ce métalmétal malléable, ressemblant chimiquement à l'aluminiumaluminium et au galliumgallium, n'a pourtant été découvert qu'au dix-neuvième siècle et ne s'est trouvé des applicationsapplications à grande échelle que récemment. Allié à l'acieracier, il réduit les frottements et l'aéronautique l'utilise parfois. Mais c'est l'électronique qui en fait le plus grand usage, dans les cellules photovoltaïquescellules photovoltaïques et dans les écrans plats à cristaux liquidesliquides (LCD). Transparent en couche mince, l'indium adhère fortement au verre. Dopé à l'étainétain (indium tin oxyde, ITO), il représente le matériaumatériau idéal pour réaliser les fines électrodesélectrodes recouvrant un écran LCDécran LCD.
Banalisés pour les téléviseurs, les ordinateurs, les récepteurs GPS ou les appareils photo, ces écrans ont vu leur production augmenter exponentiellement ces dernières années. Un petit écran plat de quinze pouces en contient un gramme et les plus grandes usines de fabrication en consomment plusieurs tonnes par mois. Il n'aura fallu que quelques décennies pour venir à bout des stocks planétaires. Logiquement, le cours de l'indium grimpe. De 70 dollars le kilo en 2001, il est passé par un pic à 1.000 dollars en 2005 et se négocie aujourd'hui entre 400 et 600 dollars.
Le recyclagerecyclage devient de plus en plus intéressant, en particulier depuis les dalles LCD. Mais les méthodes habituelles, consistant à baigner l'écran dans de l'acideacide, sont très polluantes. Au Japon (pays pionnier pour le recyclage de l'indium), Sharp a récemment annoncé avoir mis au point une nouvelle méthode, en collaboration avec le Tokyo Institute of Technology.
Une équipe allemande de l'Institute for Polymer Research (Institut Max PlanckMax Planck) explore une voie différente : le remplacement de l'indium par un autre matériau, en l'occurrence du graphènegraphène, cet étonnant cristal bidimensionnel de carbonecarbone pur dont l'épaisseur est celle d'un seul atomeatome. On l'obtient à partir du graphitegraphite (le matériau des mines de crayons), sous forme de feuilles très minces. Ses propriétés électroniques sont remarquables. Les électronsélectrons s'y déplacent librement et rapidement (un trois-centième de la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière). C'est un excellent conducteur mais la résistancerésistance est bien plus élevée que celle d'un métal, de l'ordre de celle d'un semi-conducteursemi-conducteur.
Une efficacité démontrée
Cependant, la réalisation et la manipulation des feuilles ne sont pas simples. Leur stabilisation n'a été obtenue qu'en 2004. « Des conducteurs transparents ont déjà été expérimentés, composés de graphène incorporés dans du polystyrènepolystyrène ou de la silicesilice, explique Linjie Zhi, co-auteur de l'étude, au magazine Nanowerk. Mais la conductivitéconductivité reste insuffisante pour en faire des électrodes. »
Les chercheurs allemands sont parvenus à réaliser des structures directement à partir d'oxyde de graphite. La réduction (au sens chimique du terme) est assurée par une élévation de température, qui évacue l'oxygène. « Les feuilles obtenues sont épaisses de 10 nanomètresnanomètres, explique Linjie Zhi, montrent une grande conductivité et une transparencetransparence est de 70 % dans la bande 1.000 à 3.000 nanomètres. » Elle est de 80 % dans le visible et de 100 % dans l'infrarougeinfrarouge proche.
Pour démontrer les possibilités de ce matériau, l'équipe a réalisé une cellule photovoltaïque avec une anodeanode en graphène et une cathodecathode en or. Son efficacité est moindre que celle des classiques cellules à semi-conducteurs mais sa réalisation étant assez simple, l'équipe voit dans le graphène un bon candidat pour remplacer l'indium dans les cellules photovoltaïque mais aussi dans les écrans LCD, voire OledOled.
De quoi seront constitués les écrans dans dix ans, de graphène, d'indium recyclé ou d'un autre candidat encore à trouver ? Il est trop tôt pour le savoir mais il semble bien que l'électronique survivra à l'épuisement de gisements d'indium...