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Introduction

Avant de pouvoir déterminer les conditions nécessaires à la vie, il faut pouvoir définir ce qu’est la vie. Et définir ce qu’est la vie n’est pas une tâche facile. Pierre Kerner dans son dossier sur l’arbre du vivant nous a dit qu’il fallait considérer la vie non comme une substance aux propriétés éternelles, mais plutôt comme le résultat d’un processus issu de sélection naturelle. Et les caractéristiques du processus du vivant peuvent être décrites par la capacité de celui-ci à:

  • croître
  • se nourrir
  • se reproduire
  • évoluer
Pour tenter de compléter la défintion de Pierre, on pourrait aussi ajouter un élément important qui est celui de la capacité symbiotique du vivant.

La symbiose

La symbiose entre deux organismes vivants est la capacité de ceux-ci à collaborer et à s’entre-aider mutuellement pour survivre. On trouve de nombreux exemples de symbiose dans le règne animal et végétal. Un exemple tout simple est celui des bactéries qui se trouvent dans notre flore intestinale indispensables à notre survie. Les lichens sont aussi un bon exemple de symbiose, ils sont généralement constitués de l’association symbiotique entre un champignon et une algue.

lichen

Mais on peut aussi descendre d’une échelle et parler de symbiose moléculaire. En effet, les molécules dans nos cellules forment et s’assemblent dans un système complexe de type symbiotique. On voit que certaines molécules existent par ce que d’autres sont aussi présentes, les unes ne pourraient pas être présentes sans les autres. C’est cette symbiose moléculaire qui contribue à la survie de l’ensemble du système moléculaire et donc de nos cellules. Par exemple les molécules d’ADN peut exister uniquement parce qu’il y a les protéines, qui sont d’autres types de molécules, qui peuvent l’aider dans sa reproduction. Et vice-versa, les molécules de protéines peuvent exister car l’ADN est capable de son côté via l’ARN messager à se traduire en protéines. On voit bien qu’on se trouve dans une sorte de circuit fermé dans lequel certaines molécules ne pourraient pas survivre et exister sans l’aide d’autres molécules.

Une molécule en soi est inerte, mais au sein d’un système moléculaire plus complexe, celui-ci peut devenir dynamique.

La chimie du vivant

Essentiellement les éléments chimiques constitutifs des molécules de base nécessaires au développement de la vie sont les éléments chimiques constitutifs de l’ADN et des acides aminés:

  • Carbone
  • Oxygène
  • Azote
  • Hydrogène
  • Soufre
  • Phosphore

Ces différents éléments sont très abondants et disponibles dans le milieu interstellaire. D’ailleurs on pense que ce serait un astéroide (embryon de planète) qui aurait apporté sur Terre ces éléments sous forme de molécules.

Le Carbone est l’élément le plus important de tous pour l’apparition de la vie. C’est lui qui lui donne en quelques sortes le squelette chimique principal du vivant. L’atome de Carbone a la propriété de pouvoir s’unir à 4 autres éléments chimiques  (principalement Carbone, Oxygène, Azote et Hydrogéne) pour former des molécules organiques. L’atome de Carbone possède 4 liaisons chimiques possibles, c’est-à-dire il a en quelques sortes 4 bras avec lesquels il peut en faire beaucoup de choses. Il peut grâce à ses 4 bras (à ces 4 possibilités de liaison chimique) créer des chaînes moléculaires en s’associant à d’autres atomes de Carbone ou à de l’Oxygène, Azote, Hydrogène… Mais une autre particularité intéressante du Carbone est que l’énergie mise en jeu dans la liasion qui l’unit à un atome voisin n’est pas contraignante. Les énergies de liaison et de rupture sont similaires entre le Carbone et les éléments chimiques avec lesquels il peut se combiner pour que la vie apparaisse. Par exemple, l’énergie mise en jeu dans une liaison Carbone-Oxygène est similaire à celle mise en jeu dans une liaison Carbone-Carbone ou Carbone-Azote. L’atome de Carbone n’a donc pas de préférence de liaison avec un élément qui aurait une liaison plus forte et plus difficile à rompre. L’atome de Carbone traite les éléments avec lesquels il s’unit de façon equitable, c’est un atome démocratique. Ces différentes propriétés lui confère donc une grande capacité de diversité de combinaisons moléculaires. Sans diversité moléculaire, un système complexe avec métabolisme et symbiose moléculaire ne pourrait tout simplement pas exister.

molecule carbone

L’eau liquide est aussi un élément indispensable, car elle va jouer le rôle de solvant pour faciliter les réactions chimiques à partir de ces éléments chimique de base. L’eau permet aussi de transporter les molécules de ces éléments pour qu’elles se rencontrent. (L’organisation et l’agencement des molécules organiques se fait au détriment de celui des molécules d’eau qui acquièrent plus de désordre. Cette échange de procédé entre molécules organiques et l’eau a tendance à augmenter l‘entropie du système, c’est le fameux deuxième principe de la thermodynamique). L’eau des océans terrestres aurait en partie comme origine la glace présente sur des comètes qui auraient impactées la Terre à plusieurs reprises quelques millions d’années seulement après la création de notre planète (il y 4,55 millards d’années).

Pour former des longues molécules, c’est-à-dire des chaînes d’acides aminés, on a besoin de former des liaison peptidiques entre les molécules organiques primordiales à base de Carbone. Une protéine est constituée de plusieurs acides aminées mis bout à bout grâce à ces liaisons peptidiques. Pour effectuer ce processus de liaison entre acides aminés, il faut éliminer une molécule d’eau. Si tout se passe dans l’eau, c’est pas efficace, car l’eau est partout et aura tendance à empêcher la création de ces liaisons peptidiques. On a donc besoin de période d’alternance entre une certaine humidité et de la sécheresse. L’orgine de la vie aurait donc plutôt eu lieu dans des flaques d’eau ou dans des zones de marée. Par exemple une flaque d’eau peut s’évaporer permettant la concentration et la création des ces liaisons peptidiques, puis la pluie permet de recommencer le cycle d’alternance eau-sécheresse.

Acide aminé

L’expérience de Miller

(Alan)

Montre en mains, je vais tenter de présenter l’expérience de Miller en moins de 5 minutes. Un grand merci à David du blog Science Etonnante pour son récent billet sur l’expérience de Miller, dont je me suis très largement inspiré. On en fait tous l’expérience à chaque instant: nous avons besoin d’oxygène pour vivre. Or l’oxygène est un oxydant extrêmement puissant qui abime les molécules du vivant comme les protéines et l’ADN. Impossible d’imaginer que la vie ait pu démarrer dans une atmosphère riche en oxygène comme celle de la Terre d’aujourd’hui.

L’hypothèse d’Alexander Oparin

C’est pour cela qu’aux XIXe et début du XXe siècle, la théorie la plus en vogue était celle de la panspermie (qui postule que la vie sur Terre serait d’origine extra-terrestre). Mais en 1920, le biochimiste  Alexander Oparin émet une hypothèse folle: et s’il n’y avait pas toujours eu de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre? Et si cela avait permis à la vie de démarrer par une succession de simples réactions chimiques? La Terre a 4.5 milliards d’années. Les traces de vie les plus anciennes remontent à 3.5 milliards d’année. L’atmosphère a eu le temps de changer. Pour l’oxygène, on sait maintenant qu’Oparin avait raison. C’est la vie, et notamment la photosynthèse qui produit les quantités astronomiques d’oxygène qu’on trouve dans l’atmosphère terrestre.

L’expérience de Miller

Un peu plus de 30 ans plus tard, un jeune doctorant de l’Université de ChicagoStanley Miller réalise, en 1953, une expérience qui lui permet de publier sa thèse, de valider l’hypothèse d’Oparin et de se rendre célèbre: il re-crée en éprouvette les conditions de la soupe originelle, soit 3 ingrédients:
  • un mélange de gaz proche de ce qu’on pensait être l’atmosphère primitive  (hydrogène, méthane et ammoniac);
  • de l’eau;
  • des étincelles (décharges électriques représentant les éclairs).
Les premières réactions sont visibles dès les premiers éclairs: l’atmosphère devient rose. Au bout d’une semaine, Stanley Miller analyse le contenu de cette soupe: tadaaa! Il y trouve  11 acides aminés, ces briques élémentaires du vivant, sans magie, juste en partant de quelques composants chimiques non-organiques naturellement présents.
Depuis, on a refait son expérience. Avec des mesures plus précises, on a trouvé jusqu’à 25 acides aminés (le vivant n’en utilise que 20). En changeant un peu la composition de la soupe primordiale (en y ajoutant par exemple du sulfure d’hydrogène ou du dioxide de soufre, qui auraient pu être fournis grâce aux volcans), on obtient encore plus d’acides aminés
L’expérience n’a pas permis de démontrer la production spontanée de molécules plus complexes comme des protéines par exemple. Mais bon, en laboratoire, on n’a pu simuler que ce qui se passe en quelques jours, quelques semaines voire quelques années. Pour rappel, dans la nature, il s’est écoulé près d’un milliard d’années, soit mille millions d’années, soit mille milliers de milliers d’années – ce qui est complètement inaccessible à notre entendement – pour combiner et recombiner ces briques élémentaires jusqu’aux premières traces de cyano-bactéries observées. L’évolution explique le reste. Il est bien sûr à ce stade impossible de prouver que c’est bien comme cela que la vie a démarré, mais l’hypothèse d’Oparin reste tout à fait pertinente et vraisemblable.

La vie basée sur le Silicium

On a vue que l’atome de Carbone a la possibilité de fomer 4 liaisons chimiques. Le Silicium qui se trouve juste au-dessous du Carbone dans le tableau périodique a lui aussi 4 possibilités de liaisons. Pourquoi ne pourrait-il pas s’unir à d’autres éléments et former 4 chaines de liaison comme le fait le Carbone et donner naissance à une vie basée sur le Silicium?

Le Silicum a quelques inconvénients par rapport au Carbone. Il s’unit à l’Oxygène avec beaucoup plus de force qu’avec les autres éléments. Il a en quelques sortes une préférence pour l’Oxygène. D’ailleurs tout le Silicium qu’on trouve sur Terre est saturé par l’oxygène et se trouve sous forme de silicates (SiO2). On peut alors argumenter qu’il pourrait exister quelque part dans l’Univers une planète contenant du Silicium, mais pas d’Oxygène. Sur une telle planète la formation de silicates serait impossible, et ça pourrait alors donner naissance à des molécules à base de Silicium possédant des liaisons énergétiques similaires avec d’autres éléments, comme le fait le Carbone. Néanmoins on sait que les éléments chimiques comme le Silicium et l’Oxygène se forme à l’intérieur des étoiles suite à des fusions nucléaires. L’explosion d’une étoile en supernova libère ces éléments dans l’espace. Hors l’Oxygène se forme de façon beaucoup plus abondante que le Silicium, dans l’Univers il existerait 9 fois plus d’atome d’oxygène que de Silicium. L’Hydrogène est l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers, ensuite l’Hélium, puis l’Oxygène et en 4ème position vient le Carbone, lui aussi bien plus abondant que le Silicium. (L’Hydrogène est très abondant dans l’Univers mais il est aussi très léger, la Terre n’a pas la force de gravitation suffisante pour le maintenir à l’état gazeux, il se trouve principalement attrapé dans des molécules d’eau – H20).

Supposons tout de même que le Silicium se trouve dans un environnement qui lui permette de former des molécules possédant d’autres chaines chimiques que celles qu’on pourrait créer avec l’Oxygène qui serait absent de cet environnement. On sait que l’eau liquide est un milieu indispensable pour favoriser la rencontre, l’organisation et le métabolisme de ces molécules. Hors dans le cas du Silicium, l’eau décomposerait très rapidement les chaînes moléculaires du Silicium, au lieu de les organiser comme elle le fait avec celles de Carbone. Le Silicium s’unirait alors rapidemment à l’Oxygène de l’eau pour former à nouveau des silicates. Il faudrait pouvoir imaginer un liquide nouveau qui serait capable de favoriser l’organisation des molécules de Silicium au lieu de les décomposer. A ce jour, on ne connaît aucun liquide susceptible d’avoir ces propriétés vis-à-vis du Silicium. Il semble donc très peu probable que la vie spontanée puisse apparaître ou avoir apparu à partir du Silicium.

Sources:

http://cienciaes.com/entrevistas/2011/02/08/vida-basada-en-el-silicio-laborda/

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Dossier – Le Carbone 14

On 18.11.2010, in Dossiers, by Mathieu
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  • Le Carbone 14 (radiocarbone) a été découvert le 27 février 1940 (par Martin Kamen du Radiation Laboratory et Samuel Ruben du département de Chimie de l’Université de Californie, Berkeley) et s’est converti en un outil indispensable pour l’étude de notre passé.
  • Grâce à la datation par la méthode du Carbone 14, on est capable d’établir la chronologie des âges et de l’évolution de l’être humain depuis la préhistoire jusqu’à nos jours.
  • La datation par le Carbone 14 est basée sur la mesure de l’activité radioactive du Carbone 14 contenue dans de la matière organique dont on souhaite connaître l’âge absolu, à savoir le temps écoulé depuis sa mort.

Mais qu’est ce que le Carbone 14, d’où vient-il?

  • Les atomes sont constitués d’un noyau et d’un nuage d’électrons qui circulent autour de lui.
  • Dans le noyause trouvent les:
    • Protons: donnent les caractéristiques chimiques de l’atome.
    • Neutrons: contribuent à la stabilité du noyau.
  • Atome Carbone(C):
    • L’atome de carbone constitue l’élément essentiel de toute vie chimique, et se trouve présent en abondance dans tous les organismes vivants de la planète.
    • Noyau:
      • numéro atomique (Z): composé de 6 protons et 6 neutrons.
      • masse atomique: 12u (uma – unité de masse atomique, déterminée par les protons et neutrons)
  • Un autre élément que l’on trouve aussi en abondance dans l’atmosphère et sur la terre c’est le Nitrogène (N) ou l’Azote (N2):
    • numéro atomique (Z): 7
    • masse atomique: 14u
    • Le 80% de l’air qu’on respire est constitué d’Azote (Nitrogène).
    • En réalité, nous vivons dans une grande soupe de molécules d’Azote qui entrent et sortent constamment de notre organisme.
    • Heureusement pour nous, l’Azote dans sa forme moléculaire N2 est:
      • incolore
      • indolore
      • insipide
      • inoffensif
  • L’histoire passionante du Carbone 14 commence avec le nitrogène qui se trouve dans les couches hautes de l’atmosphère et qui est exposé aux radiations de particules qui proviennent de l’espace et qui bombardent constamment notre planète.
    • Ces rayons cosmiques altèrent le noyau des atomes qui se trouvent sur son chemin et libèrent des neutrons.
    • De temps à autres, un atome de nitrogène reçoit l’impact d’un de ces neutrons libérés par les rayons cosmiques.
    • Le neutron expulse un proton du noyau de l’atome de Nitrogène et prend sa place.
    • Mais comme on l’a dit auparavant, ce sont les protons qui donnent à l’atome ses caractéristiques chimiques.
    • Lorsque l’atome de Nitrogène perd un de ses 7 protons, il se convertit automatiquement en un atome de Carbone.
    • Mais un atome de Carbone très spécial qu’on appelle le Carbone 14:
      • 6 protons
      • 8 neutrons
    • De tout le Carbone présent dans la nature:
      • 98,89% de Carbone 12 (C) – (6+6).
      • 1,11% de Carbone 13 (13C) – (6+7) – Isotope stable du Carbone.
      • 1x10E-10% (0,0000000001%) de Carbone 14 (14C) – (6+8) – Isotope radioactif du Carbone.
  • Ces nouveaus atomes de Carbone 14 se distribuent dans l’atmosphère de manière régulières:
    • ils se combinent rapidement avec l’oxygène pour former du Dioxyde de Carbone.
    • Lors du cycle naturel de la biosphère terrestre, ce dioxyde de Carbone est absorbé et traité par les plantes lors de la photosynthèse (il se dissout aussi dans les océans).
    • Ensuite les animaux qui s’alimentent de plantes (ou qui s’alimentent d’autres animaux qui mangent des plantes) absorbent à leur tour dans leur organisme du Carbone.
    • Le Carbone 14 se répand donc dans la biosphère tout au long de la chaîne alimentaire.
    • La quantité de Carbone 14 par rapport au Carbone total est considérée comme uniforme dans l’atmosphère, la surface des océans et la biosphère en raison des échanges permanents entre les organismes vivants et leur milieu.
    • Donc durant sa vie, un organisme assimile le même pourcentage de Carbone 14 présent dans l’atmosphère.
    • De plus, on suppose que le flux de rayons cosmiques est constant sur une longue période de temps (première approximation).
      • Par conséquent, le taux de production du Carbone 14 est constant.
    • Donc le rapport du Carbone 14 par rapport au Carbone total dans l’atmosphère, la surface des océans et la biosphère est constant (le nombre d’atomes produits égale le nombre d’atomes qui se désintègrent).
    • Tant que la plante ou l’animal est vivant, cette absorption de Carbone 14 continue à se produire de façon constante.
    • Ce processus d’absorption  se termine uniquement quand l’être vivant (plante ou animal) meure, et donc conclut son échange avec la biosphère (généralement lorsqu’il est enterré ou isolé de la nature).
  • C’est alors que le Carbone 14 va jouer son rôle:
    • Comme tous les isotopes radioactifs, le Carbone 14 est un atome instable.
    • Son équilibre naturel a été altéré et il va tendre à le récupérer tôt ou tard.

Comment utilise-t-on le Carbone 14 pour déterminer l’âge de quelque chose?

  • À la mort d’un organisme, tout échange avec le milieu extérieur cesse, mais le Carbone 14 initialement présent reste “piégé” et sa quantité se met à décroître au cours du temps selon une loi exponentielle.
  • Ce processus de décroissance radioactive s’appelle désintégration beta et permet de savoir depuis combien de temps l’organisme est mort.

    • Un des neutrons du noyau se convertit spontanément en un proton, et émet un électron (et un anti-neutrino).
    • Le Carbone 14 se transforme ainsi à nouveau en un vulgaire atome de Nitrogène.
    • Après un période radioactive (demi-vie) de 5568 ans, la moitié des atomes de Carbone 14 se seront convertis en Nitrogène.
    • => plus un reste organique reste longtemps enterré, plus faible sera sa concentration en Carbone 14.
    • Le Carbone 14 est intéressant car sa période radioactive est longue.
  • On voit que la datation par le Carbone 14 se fonde sur la présence dans tout organisme de Carbone 14 en infime proportion.
  • Un échantillon de matière organique issu d’un organisme peut donc être daté en mesurant soit le taux de Carbone 14 par rapport au Carbone total, soit son activité radioactive X années après la mort de l’organisme.
  • La première chose c’est de connaître les principes théoriques du cycle du Carbone 14, une autre est de mesurer avec précision la teneur en Carbone 14 d’un échantillon pour déterminer son âge.
  • Les méthodes utilisées sont très chères.
  • Les outils doivent être très performants car l’activité radioactive du Carbone 14 est faible (longue période radioactive)
  • Les archéologues doivent donc choisir avec soin l’échantillon utilisé pour effectuer la datation.
    • Parfois il suffit juste d’une toute petite partie du reste organique pour pouvoir établir l’âge de l’ensemble.
  • Le premier outil de mesure de la datation au Carbone 14 vient des recherches réalisées durant la 2ème guerre mondiale par le chimiste Willard Libby qui travaillait sur la séparation des isotopes d’Uranium pour la fabrication de la bombe atomique. Willard Libby a d’ailleurs reçu le prix Nobel de chimie en 1960 pour le développement de cette première méthode de datation.
  • La méthode actuelle la plus sophistiquée (spectrométre de masse) permet de dater des échantillons très petits (moins d’un milligramme) et très vite (en moins d’une heure).
  • La mesure possède tout de même ses limites et des marges d’erreur:
    • On sait que tout au long des millénaires, la radiation cosmique n’a pas toujours été la même.
      • => Il y a donc eu des périodes de plus grandes concentrations de Carbone 14 dans l’atmosphère, et des périodes de moindre concentration.
    • L’isolement (environnement fermé) de l’échantillon à dater est aussi indispensable; s’il incorpore de nouveaux atomes de Carbone après sa mort, le rapport du Carbone 14 vis-à-vis du Carbone total est bouleversé et le résultat ne sera pas fiable.
      • => S’assurer que l’échantillon n’a pas été contaminé par des apports de Carbone 14 extras.
    • La demi-vie de 5568 ans du Carbone 14 mesurée en 1951 est encore utilisée par convention, officiellement 5730 ans mesuré en 1961.
    • Ce calcul de la demi-vie n’a pas non plus été établie avec exactitude, on maintient une marge d’erreur de +-30 ans.
    • Le domaine d’utilisation de cette méthode correspond à des âges absolus de quelques centaines d’années jusqu’à, et au plus, 50 000 ans:
    • Les résultats sont donnés en années “Before Present” (BP).
      • L’année de référence à partir de laquelle est mesuré le temps écoulé depuis la mort de l’organisme est fixée à 1950.
      • Les mesures actuelles se basent sur un niveau de Carbone 14 égal à celui de 1950.
      • A partir des années 1950 la signature isotopique de l’atmosphère a été modifiée:
        • par le rejet de dioxyde de carbone provenant de combustibles fossiles (qui ne contiennent pas, ou presque pas de Carbone 14)
        • par la prolifération des armes nucléaires qui a sensiblement altéré les taux des isotopes radioactifs de tous types présents dans l’atmosphère et donc dans les organismes vivants.
    • L’élément que l’on veut dater doit avoir incorporé du carbone dans des proportions équivalentes à celles de l’atmosphère ; elle ne s’applique donc qu’aux matériaux organiques et pas du tout aux produits minéraux.

Sources:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carbone_14

http://fr.wikipedia.org/wiki/Datation_par_le_carbone_14

http://amazings.es/2010/10/18/el-carbono-14-para-torpes/ (article en espagnol)

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Mini-dossier: le graphène

On 15.10.2010, in Dossiers, by Alan Vonlanthen
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Si on consulte la page Wikipedia du graphène, voici ce qu’on lit:

Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) de carbone dont l’empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l’université de Manchester, qui a reçu pour cette découverte le prix Nobel de physique en 2010 avec Konstantin Novoselov.

Un cristal bidimensionnel, pas franchement parlant a priori… Regardons cela de plus près! Le graphène a tellement de potentiel qu’il rappelle un peu le laser au début des années 60: on tenait une technologie géniale, mais on ne savait pas trop quoi en faire… C’était une solution qui attendait son problème. Et des problèmes à résoudre pour le laser, on a en a trouvé un paquet depuis, des imprimantes à la chirurgie ophtalmique en passant par les lecteurs CD/DVD, les téléscopes, la fusion nucléaire contrôlée, l’épilation, les anti-missiles, les mesures de distance… Bref… On ne sait pas comment on ferait sans le laser aujourd’hui. Voir d’ailleurs à cet égard le tout premier épisode de “C’est pas faux!”, le podcast vidéo de notre ami Anh Tuan, qui traite justement du sujet.

Le graphène est sans doute promis à un avenir aussi brillant, alors creusons un peu! Le graphène est fait de carbone, le matériau de construction de la vie sur Terre, du diamant, du charbon, entre autres et notamment du graphite. Le carbone peut vraiment prendre les formes les plus extraordinaires! Le graphite, c’est ce minéral qu’on trouve dans les crayons (combiné à de l’argile)… La mine de crayon, quoi, qui contrairement à ce qu’on croit, ne contient plus de plomb depuis le XIXe siècle. Depuis qu’on utilise du graphite justement.

Eh bien quand on découpe ce graphite en tranches super-fines, des tranches épaisses d’un atome seulement, eh bien c’est ce qu’on appelle du graphène. D’où cette indication dans Wikipedia de cristal bidimensionnel: le graphène est tellement fin qu’il n’a qu’une largeur et une hauteur. Pas de profondeur. Ce qui est fait le matériau le plus fin et le plus solide qu’on connaisse sur Terre. Au microscope, c’est très beau à voir: les atomes de carbone sont reliés entre eux selon un pattern hexagonal, qui rappelle les alvéoles des ruches.

la structure alvéolaire du graphène

la structure alvéolaire du graphène

Le truc rigolo, c’est que pour obtenir ces tranches super fines, Andre Geim a utilisé du scotch!! Le graphène n’est pas le résultat d’une synthèse chimique, il existe dans la nature, mais pour l’obtenir, il a fallu séparer les millions de couches qui constituent le graphite (on sait aujourd’hui qu’on peut également l’obtenir en cuisant des blocs de carbure de silicium à 1400 degrés pendant 2 heures, mais à l’époque de la découverte, en 2004, André Geim et son équipe l’ont obtenue grâce à un morceau de graphite et un rouleau de scotch! Ils se sont aperçus que les couches scotchées étaient parfois épaisses d’un atome seulement! Ils venaient de découvrir le graphène, matériau incroyable qui fait rêver les scientifiques et les industriels car il pourrait révolutionner l’électronique et l’informatique.

  • Tout d’abord, le graphène est incroyable résistant. 100x plus résistant que l’acier tout en étant flexible;
  • Il est souple, peut se déformer et reprendre sa forme originale, comme un élastique;
  • D’autre part, le graphène est totalement transparent;
  • Accessoirement, c’est un excellent conducteur d’électricité. 1 million de fois plus efficace que le cuivre selon Andre Geim; les électrons s’y déplacent allègrement à la vitesse de la lumière;
  • C’est aussi un excellent conducteur thermique;
  • Enfin, il s’agit non seulement du seul matériau bidimensionnel qu’on connaisse, donc le plus fin , mais également du plus léger: 1 gramme de graphène suffirait à couvrir plusieurs terrains de football (encore faut-il trouver un sens à couvrir de graphène des terrains de foot ;-)

Un écran transparent super-résistant, étirable, conducteur d’électricité… On comprend que ça fasse rêver! On voit tout de suite les applications possibles… A commencer par des appareils électroniques souples et déformables,  des écrans tactiles, voire des écrans tactiles transparents géants à la Minority Report (enfin!), des cellules solaires, des téléviseurs muraux plus fins qu’une couche de peinture. Accessoirement, les atomes de carbone étant plus petits que le silicone, ce qui veut dire qu’on va pouvoir encore accélérer la miniaturisation des composants électroniques de manière impressionnante, d’autant plus que, comme l’a précisé Mathieu durant l’émission, il suffit d’enrouler une feuille de graphène sur elle-même pour obetenir un nanotube! On n’a pas fini de parler des nanotechnnologies dans Podcast Science!

Une autre propriété remarquable du graphène, c’est que si on en ajoute ne serait-ce qu’un pourcent dans du plastic, alors ce dernier devient lui aussi conducteur d’électricité. Et même avec moins d’un pourcent de graphène, on peut rendre le plastique plus résistant à la chaleur et plus solide!

Le graphène, c’est du carbone absolument pur. Aussi, n’importe quel atome de matière différente à la surface du graphène se remarque immédiatement par contraste. On peut imaginer une utilisation au niveau de nouveaux détecteurs ou senseurs qui pourraient détecter la plus petite particule de pollution…

Découverte absolument géniale qui va sans doute tout changer dans les toutes prochaines années. L’industrie s’y intéresse déjà de très près. Je pense que dans 10 ans déjà, on se demandera comment on a pu se débrouiller si longtemps  sans graphène et comment on ferait sans!

grenouille en lévitation (wikipedia)

Lévitation diamagnétique

Voilà, juste un dernier mot sur le découvreur, Andre Geim: en fait, d’autres de ses travaux avaient déjà été médiatisés il y a 10 ans et sanctionnés par un prix IG-Nobel (c’est une parodie du Prix Nobel, aux Etats-Unis, qui récompense des recherches qui respectent la démarche scientifique mais qui sont inutiles ou crades ou ridicules…) Et donc, le professeur Geim a été récompensé il y a dix ans pour avoir fait léviter des grenouilles à l’aide de puissants aimants géants. Certains sont prêts à tout pour faire avancer la science ;)

Bonus sur le graphène:

La présentation du professeur Geim (en anglais, 56:45 min)

Liens utiles:

http://www.science.gouv.fr/fr/actualites/bdd/res/3743/le-prix-nobel-de-physique-decerne-aux-decouvreurs-du-graphene/

http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene

http://fr.wikipedia.org/wiki/Graph%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie

Update du 22 novembre 2010 (Merci Xavier Agnès): le graphène génère un effet Faraday imprévu

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