Introduction
Le graphite est l'une des trois formes naturelles allotropiques du carbone élémentaire, avec le diamant et la chaoïte. Contrairement au diamant, qui est le matériau le plus dur connu, le graphite est extrêmement tendre et friable. Cette dualité spectaculaire, due uniquement à des arrangements atomiques différents, en fait un sujet d'étude fascinant en minéralogie et en science des matériaux. Son utilisation remonte à la préhistoire, mais sa nature chimique ne fut comprise qu'au XVIIIe siècle.
Description
Le graphite est composé presque exclusivement d'atomes de carbone arrangés en plans hexagonaux parallèles, formant des feuillets. Ces feuillets, où les atomes sont fortement liés par des liaisons covalentes, sont empilés les uns sur les autres, maintenus par de faibles forces de Van der Waals. Cette structure lamellaire explique ses propriétés caractéristiques : une extrême facilité de clivage (les feuillets glissent les uns sur les autres), une faible dureté (1 à 2 sur l'échelle de Mohs, il marque le papier), et un toucher gras qui en fait un lubrifiant solide naturel. Il se présente généralement en masses cryptocristallines ou en paillettes, rarement en cristaux hexagonaux tabulaires bien formés. Sa couleur va du gris acier au noir, avec un éclut métallique et une trace noire sur porcelaine.
Histoire
L'utilisation du graphite est ancienne. Dès le Néolithique, il était utilisé pour décorer des poteries. Son emploi le plus connu avant l'ère moderne remonte au XVIe siècle, avec la découverte d'un gisement important à Borrowdale en Angleterre (vers 1564). Ce gisement, d'une pureté exceptionnelle, permit la fabrication des premiers crayons en enveloppant des bâtons de graphite dans du bois. Les Anglés gardèrent le monopole de cette matière première pendant longtemps, au point que le graphite était considéré comme une ressource stratégique pour le tracé des plans militaires. Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele démontra en 1779 qu'il s'agissait d'une forme de carbone, et non de plomb (d'où l'appellation erronée 'mine de plomb'). Le nom 'graphite' fut proposé par le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner en 1789, dérivé du grec 'graphein', signifiant 'écrire'.
Caracteristiques
**Composition chimique :** Carbone (C), souvent avec des impuretés (argile, oxydes de fer). **Système cristallin :** Hexagonal. **Dureté :** Très faible (1-2 sur l'échelle de Mohs). **Densité :** 2.09 à 2.23 g/cm³. **Clivage :** Parfait selon le plan basal {0001}. **Couleur :** Noir gris acier. **Trace :** Noire brillante, grasse au toucher. **Conductivité :** Bon conducteur d'électricité et de chaleur, contrairement au diamant qui est un isolant. **Point de fusion :** Extrêmement élevé (supérieur à 3500°C). **Autres formes :** Existe sous forme naturelle (cristalline ou amorphe) et synthétique (produit industriellement à partir de coke de pétrole). Le graphite synthétique est essentiel pour l'industrie.
Importance
Le graphite est un matériau industriel critique aux applications multiples et vitales. 1. **Énergie :** Il est indispensable dans la fabrication des électrodes pour fours à arc électrique (aciérie) et des anodes pour l'industrie de l'aluminium. 2. **Nucléaire :** Il sert de modérateur dans certains réacteurs (comme les réacteurs de type RBMK ou à graphite-gaz) car il ralentit les neutrons sans les absorber. 3. **Technologie :** Composant clé des batteries lithium-ion (anode), son importance a explosé avec les véhicules électriques et le stockage d'énergie. 4. **Matériaux avancés :** Il est la matière première pour produire du graphène, un matériau bidimensionnel aux propriétés révolutionnaires. 5. **Traditionnel :** Il reste fondamental pour les crayons, les lubrifiants solides, les garnitures de frein, les creusets et les réfractaires. La demande mondiale, tirée par la transition énergétique, en fait une ressource géostratégique majeure, la Chine dominant largement la production et le raffinage.
