De nos jours, Graphite est un sujet qui gagne de plus en plus d'importance dans la société actuelle. Depuis des années, cette question intéresse tant les experts que le grand public. Son impact se manifeste de différentes manières, du niveau personnel au niveau mondial, et a suscité des débats et des réflexions sur ses implications. Dans cet article, nous explorerons différentes facettes de Graphite et analyserons son importance dans différents contextes, dans le but de proposer une vision complète et éclairante de ce sujet si d’actualité aujourd’hui.
Graphite Catégorie I : Éléments natifs | |
Graphite natif | |
Général | |
---|---|
Numéro CAS | |
Classe de Strunz | 1.CB.05a
|
Classe de Dana | 1.3.6.2
|
Formule chimique | C |
Identification | |
Masse formulaire | 12,0107 ± 0,0008 uma C 100 %, |
Couleur | gris métallique; gris foncé; noir |
Système cristallin | hexagonal |
Réseau de Bravais | primitif P |
Classe cristalline et groupe d'espace | dihexagonale dipyramidale ; P 63/mmc |
Macle | sur {1121} |
Clivage | parfait sur {0001} |
Cassure | Minéral sectile, conchoïdale, irrégulière |
Habitus | massif, très rares cristaux |
Faciès | cristaux hexagonaux |
Échelle de Mohs | de 1,00 à 2,00 |
Trait | gris acier; noir |
Éclat | métallique; mat |
Propriétés optiques | |
Indice de réfraction | w=1,93-2,07 |
Biréfringence | Uniaxial (-) |
Fluorescence ultraviolet | aucune |
Transparence | opaque |
Propriétés chimiques | |
Masse volumique | 2,09-2,23 g/cm3 |
Température de fusion | Point de sublimation : 3 652 °C |
Solubilité | dans l'eau : insoluble |
Propriétés physiques | |
Magnétisme | aucun |
Radioactivité | aucune |
Précautions | |
SIMDUT | |
D2A, |
|
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
modifier |
Le graphite est une espèce minérale qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un des allotropes naturels du carbone.
Sa formule chimique est « C » mais les formes natives permettent de retrouver des traces d'hydrogène (« H »), d'azote (« N »), d'oxygène (« O »), de silicium (« Si »), d'aluminium (« Al »), de fer (« Fe ») ou encore d'argile.
C'est un élément natif dont les gîtes se sont formés aux dépens de roches carbonées (roches riches en carbone, du type charbon). Constitué de carbone pur, il correspond au degré ultime de houillification atteint dans des conditions de métamorphisme régional ou de contact (pegmatites ou gîtes hydrothermaux dans l'auréole de contact de certains granites). Il peut aussi se former par réduction des carbonates. Il se présente dans les gîtes « sous forme de masses lamellaires micacées, foliacées, compactes ou pulvérulentes ; rarement en lamelles hexagonales ; souvent en paillettes irrégulières disséminées. Il offre un toucher gras, tache les doigts et laisse sur le papier une trace noirâtre ».
Il est aussi présent dans les météorites.
Au XVIIIe siècle, la prospection de gisements riches en charbon conduit à interpréter à tort les roches graphiteuses (schistes, quartzites), de teinte noirâtre, comme étant charbonneuses.
La structure du graphite est constituée de feuillets hexagonaux non compacts, nommés graphènes, séparés d'environ 0,336 nm le long de la direction de leur normale. Dans chaque feuillet, chaque atome de carbone est fortement lié par des liaisons covalentes de type sigma pour ses 3 électrons sp2, et des liaisons covalentes de type π pour son autre électron p, Ces liaisons π sont des liaisons conjuguées avec les trois atomes voisins, les électrons y sont très mobiles ce qui explique la grande conductivité électrique et thermique ainsi que la couleur noire du graphite. Entre les feuillets les liaisons sont faibles et seraient de type Liaison de van der Waals, ce qui expliquerait le clivage et la faible dureté. Par contre ceci est mis en doute dans des travaux récents.[réf. nécessaire].
Le graphite est la forme stable du carbone à température et à pressions ordinaires.
L'apparence du graphite est celle d'un solide noir à l'éclat submétallique ; sa dureté est faible, entre 1 et 2 sur l'échelle de Mohs.
En raison de sa structure en feuillets, toutes les propriétés physiques du graphite sont anisotropes. En particulier, la conductivité électrique est très différente dans le plan des feuillets et dans la direction perpendiculaire.
Le graphite existe en deux polytypes :
Le charbon existe dans tous les états intermédiaires entre charbon amorphe et graphite hexagonal. On parle de graphite « lubricostratique » (du latin lubricare, « rendre glissant ») quand les couches sont déplacées parallèlement au hasard, et de graphite « turbostratique » (du latin turbo, « tourbillon ») si elles sont aussi tournées au hasard.
Le graphite a de nombreuses applications industrielles, sous diverses formes naturelles ou synthétiques :
Il est également utilisé en médecine comme absorbant en cas d'intoxication par voie orale et en usage militaire pour endommager les centrales électriques comme bombe au graphite.
Dans les arts plastiques, il est utilisé pour le dessin. Il sert en particulier à fabriquer des crayons, souvent sous l'appellation incorrecte de « mine de plomb ».
L'utilisation domestique la plus courante est le crayon.
Il peut aussi être utilisé comme composite d'alliage (avec le Titane ou Fibre de verre) dans la fabrication des cadres de raquettes de tennis (existe en Aluminium aussi).
Une forme pyrolytique du graphite est utilisée dans la fabrication de grilles pour les tétrodes de très grande puissance dans le domaine de la radiodiffusion. On peut citer par exemple la tétrode TH539 qui a été utilisée jusqu'en sur l'un des deux blocs émetteurs ondes longues d'Allouis de 1 000 kW.
Le graphite synthétique est généralement élaboré par le procédé Acheson : les principaux producteurs sont, en 2020, Showa Denko Carbon, SGL Carbon, Schunk Kohlenstofftechnik (Allemagne), Imerys (France), Tōkai Carbon (Japon) et Morgan Advanced Materials (Grande-Bretagne).
En 2019, l'agence australienne d'énergie renouvelable (ARENA) a annoncé 9,41 millions de dollars australiens d'aides pour un projet du Groupe Hazer (compagnie d'énergie renouvelable australienne) de conversion du biogaz (ici issu de méthanisation de boues d’épuration) en graphite et en hydrogène (usine démonstratrice de $10,72 millions USD à Munster, Australie de l'Ouest).