Le graphène est une véritable merveille de la science des matériaux. Sous cette forme de carbone, les atomes s'alignent en couches bidimensionnelles. Cela confère au graphène des propriétés avantageuses: il est conducteur d'électricité, presque transparent et possède une haute résistance à la traction. Ainsi, ce matériau est activement étudié depuis sa première synthèse en 2004, notamment à l'Empa. Ses impacts sur l'Homme et l'environnement ont été largement étudiés dans le cadre d'un projet « Graphene Flagship » de l'UE avec la participation de l'Empa.
Aujourd'hui, les chercheurs de l'Empa font un pas de plus en appliquant le principe « Safe and Sustainable by Design » (SSbD) au matériau novateur. « Le graphène est un bon exemple, car il y a déjà beaucoup d'études et de données à ce sujet », explique Peter Wick, qui dirige le laboratoire « Nanomaterials in Health » de l'Empa. « Nous avons également travaillé sur ce matériau pendant dix ans dans le cadre de ‹Graphene Flagship›. »
Les idées fondamentales derrière le concept SSbD ne sont pas nouvelles, poursuit le chercheur : La sécurité et la durabilité du graphène ont déjà été un sujet central dans le projet Flagship. Ce qui est nouveau, c'est l'intégration de ces thèmes dans le « cadre SSbD » qui doit permettre à l'industrie de réaliser des innovations durables et sûres.
Ainsi, les chercheurs de l'Empa ne cherchaient pas (seulement) à découvrir si le graphène est sûr et durable en soi. « Nous voulions utiliser la bonne base de données pour tester l'application du cadre SSbD et découvrir où et comment il peut encore être développé et simplifié », explique Fiorella Pitaro, chercheuse à l'Empa dans le département « Technologie et Société ».
Un nom, de nombreux matériaux
La tâche est complexe : la recherche et le développement actifs au cours des deux dernières décennies ont ajouté toute une gamme de produits connexes au graphène pur, appelés matériaux de type graphène. Il existe du graphène pur, mais aussi de l'oxyde de graphène, de l'oxyde de graphène réduit, du « Few-Layer Graphene », qui est composé de plusieurs couches, et bien d'autres. Même ces termes ne sont pas toujours clairs et peuvent désigner plusieurs matériaux légèrement différents.
Cette diversité est un défi, mais aussi un avantage pour l'application du SSbD. « Nous pouvons comparer les données pour chacune de ces sous- classes de matériaux et faire des déclarations sur la façon dont le potentiel de dommage d'une variante particulière est lié à sa structure », explique Wick. « Puisqu'elles ont souvent des fonctionnalités similaires, il est alors idéalement possible d'utiliser la forme la plus sûre de graphène pour chaque application. »
Le trajet par lequel le matériau pénètre dans le corps humain est également essentiel pour les déclarations sur sa sécurité : est-il inhalé ou injecté directement dans la circulation sanguine en tant que partie d'un médicament? Pénètre-t-il dans notre tube digestif via la chaîne alimentaire, ou est-il appliqué sur la peau ? « Pour pouvoir évaluer de manière fiable le risque pour l'Homme, nous devons connaître l'application du matériau », explique Wick. Car l'application détermine si, comment et en quelles quantités une exposition a lieu.
Accessible et fiable
« Les outils et modèles qui peuvent être utilisés pour les évaluations dans le cadre SSbD ont été principalement développés pour les substances chimiques », déclare Fiorella Pitaro. Alors que la structure moléculaire est principalement déterminante pour les propriétés des substances chimiques, bien plus de facteurs entrent en jeu pour les matériaux : la texture de surface, la forme et la taille des particules, le type de traitement et bien d'autres. Un autre objectif des chercheurs de l'Empa est donc de faire évoluer les outils SSbD existants afin qu'ils puissent également être appliqués aux matériaux.
L'objectif du SSbD est de promouvoir des innovations durables et sûres. « Pour que l'industrie, notamment les PME, puisse l'appliquer, le cadre doit devenir plus accessible et plus simple », explique Peter Wick. Les déclarations qu'il fait sur la sécurité et la durabilité des matériaux et des substances chimiques examinés doivent néanmoins être aussi fiables que possible. Pour concilier ces exigences contradictoires, des recherches supplémentaires sont nécessaires - quelque chose que les équipes de l'Empa développent dans divers projets.
En ce qui concerne la sécurité et la durabilité du graphène, les experts sont prudemment optimistes. Dans de nombreux domaines et applications, le matériau semble être plus sûr et plus durable que les alternatives à base de carbone utilisées aujourd'hui. Cependant, ce n'est pas une licence pour le libérer sans restriction dans l'environnement, préviennent-ils. « Nous ne savons pas encore tout », déclare Wick de l'Empa.
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