Une décennie après, comment s’est déroulé le pari d’un milliard d’euros de l’UE pour mettre le graphène sur le marché ?

En 2013, neuf ans après qu’Andre Geim et Kostya Novoselov ont isolé pour la première fois le graphène à l’aide d’un morceau de ruban adhésif et trois ans après avoir remporté le prix Nobel de physique pour leur découverte, un projet d’un milliard d’euros (870 millions de livres sterling) sur 10 ans a été lancé. lancé pour aider à placer le graphène à l’avant-garde de la recherche scientifique européenne.

Financé par la Commission européenne et les États membres de l’UE, le projet phare sur le graphène visait à sortir le graphène du laboratoire et à le commercialiser sous la forme de dispositifs optiques et électroniques plus rapides et plus fiables, de batteries plus durables et de matériaux de construction plus respectueux de l’environnement.

Son anniversaire offre l’occasion de réfléchir sur le produit phare et sur ce qu’il a réalisé, même si le plein impact du programme ne se fera peut-être pas sentir avant un certain temps, explique Jari Kinaret, qui a dirigé le produit phare pendant 10 ans. « Il existe des études universitaires qui examinent l’impact des initiatives de recherche financées par des fonds publics et estiment que l’impact ne peut réellement être mesuré que 10 ou 15 ans après la fin du projet », dit-il.

Ce dixième anniversaire marque également le début d’une nouvelle phase du projet puisque de nombreuses activités phares relèveront désormais d’Horizon Europe. Les premiers projets ont été annoncés en mars 2023, mais d’autres projets seront sélectionnés plus tard cette année et en 2024.

Ce à quoi ressemblera le produit phare à l’avenir et la poursuite des collaborations qu’il a permises au fil des années sont encore un travail en cours. Cependant, ce qui est certain, c’est que les progrès impulsés par le produit phare sont là pour rester, le graphène jouant désormais un rôle dans nombre de nos vies quotidiennes.

«Lorsque nous avons commencé, très peu d’entreprises en Europe étaient impliquées d’une manière ou d’une autre dans le graphène», explique Kinaret. « Aujourd’hui, 50 % de nos 172 partenaires sont des entreprises, grandes ou petites.

« Vous pouvez presque certainement faire une promenade de 15 minutes depuis votre bureau et acheter de vrais produits commerciaux contenant du graphène, vous avez peut-être déjà des produits sans le savoir. »

Succès phare

Depuis 2013, le projet phare du graphène est passé d’un projet principalement académique travaillant sur un seul matériau à un projet de plus en plus axé sur l’industrie et se concentrant sur les applications commerciales de toute une famille de matériaux bidimensionnels et en couches. «Le projet s’appelle Graphene Flagship, mais en réalité, si nous devions être précis, nous devrions l’appeler «Graphene and Related 2D Materials Flagship» – mais c’est trop long», note Kinaret.

Kinaret affirme que le produit phare a réalisé « extrêmement bien » par rapport aux objectifs qu’il s’était fixés au départ. L’objectif pour les articles dans les principales revues était de 25 publications pour 10 millions d’euros de financement et d’une demande de brevet pour 10 millions d’euros de financement. «En ce qui concerne les demandes de brevet, nous dépassons l’objectif (de la commission) d’un facteur compris entre 13 et 14. Ce n’est donc pas comme si nous étions seulement 10 % meilleurs que l’objectif, nous sommes 13 fois meilleurs.» En matière de publications scientifiques, nous sommes environ sept fois meilleurs que l’objectif», déclare Kinaret. Cependant, un objectif officieux, dit-il, a été le nombre d’entreprises dérivées qui ont été créées par la suite, au nombre de 17 au moins.

Andrea Ferrari, responsable scientifique et technologique du projet phare et directeur du Cambridge Graphene Centre, affirme que le projet phare est l’un des projets européens, sinon le plus réussi, que la commission ait jamais parrainé. Il souligne que, sur la base d’un investissement total de 1,4 milliard d’euros dans des projets européens pour le graphène et les matériaux associés, le Graphene Flagship a généré 5,9 milliards d’euros et contribué à créer 81 622 emplois.

«La raison de ce (succès) est assez simple», dit-il. «C’est une initiative qui dure (et) dure depuis au moins 10 ans, ce qui signifie que les gens y ont participé sur le long terme.» Cette capacité à penser sur le long terme, et non sur le court terme, a permis de tirer parti d’une grande quantité de travail.

Le graphène en action

Airbus est un partenaire phare de Graphene depuis le début. «Les promesses (du graphène) étaient multiples», déclare Elmar Bonaccurso, scientifique principal chez Airbus. « Nous sommes toujours à la recherche de matériaux légers pour fabriquer des aérostructures, c’est pourquoi les promesses étaient que le graphène pourrait réellement avoir un impact dans ce domaine. »

L’un des domaines dans lesquels le graphène a été efficace est celui des technologies de surface pour l’aviation. « Sur les hélicoptères et les gros avions de ligne, nous avons toujours besoin de revêtements plus résistants aux situations environnementales telles que les rayons UV et l’érosion par la pluie. Nous n’avons donc pas besoin de remplacer ou d’entretenir le revêtement aussi souvent », explique Bonaccurso.

Pour Bonaccurso, le projet phare a présenté d’énormes avantages car il a réuni plus de 800 chercheurs avec lesquels Airbus a pu collaborer. Cette collaboration a conduit au lancement d’un système de protection thermoélectrique contre la glace à base de graphène en 2020 pour étudier l’utilisation du graphène comme système de chauffage flexible, de faible puissance et de faible poids pour protéger les avions de la formation de glace.

« De nos jours, les systèmes de protection contre la glace les plus modernes fonctionnent très bien, mais ils sont encombrants et lourds. Ils ne peuvent pas être adaptés aussi facilement aux nouveaux types de structures et à la mobilité aérienne urbaine à venir, nous ne pouvons donc pas les adapter aussi facilement», déclare Bonaccurso.

Graphenea, un producteur de graphène fondé en 2010, est une autre entreprise qui accompagne le produit phare depuis le tout début. Amaia Zurutuza, chimiste des polymères et directrice scientifique de l’entreprise, se souvient avoir entendu les premières conversations sur le produit phare. «Début 2011, nous avons découvert que certaines réunions avaient lieu concernant le graphène et la recherche sur le graphène. Nous avons été la deuxième entreprise à être approchée (à être impliquée) après Nokia, car nous étions uniques en tant qu’entreprise européenne produisant du graphène.

Au cours des 10 dernières années, Graphenea est passée d’une équipe de quatre personnes à une équipe de 40 personnes. Zurutuza affirme que le produit phare a aidé l’entreprise à améliorer les matériaux qu’elle produit et à en apprendre davantage sur l’intégration du graphène dans l’industrie des semi-conducteurs. « Cela a été vraiment incroyable pour nous et je pense que nous sommes arrivés là où nous sommes arrivés grâce au produit phare et à toutes les collaborations que nous avons eues là-dedans – cela a contribué à construire un écosystème en Europe autour du graphène et des matériaux 2D. »

Regard vers l’avenir

Le produit phare continuera d’exister au moins jusqu’en 2027, affirme Ferrari, mais avec de multiples changements dans sa structure, son financement et sa direction. Plus tôt cette année, Kinaret est parti pour laisser la place à Patrik Johansson, ancien vice-directeur du projet.

Après la fin du projet principal, le projet phare visant à intégrer des matériaux 2D dans des tranches de silicium, lancé en octobre 2020, sera toujours financé par Horizon 2020 pour une année supplémentaire. Mais la structure du reste du produit phare va changer. « Au lieu d’avoir deux projets, il y aura une douzaine de projets de recherche et d’innovation en cours et ils seront liés entre eux de manière plus faible », explique Kinaret.

La collaboration étant l’un des plus grands avantages du produit phare, certains craignent que le changement de structure nuise à la formation de nouveaux réseaux. « L’idée est que ce sera la continuation du produit phare, mais ce n’est pas pareil, ces projets seront plus indépendants », explique Zurutuza. « Avant, le produit phare avait une approche plus cohérente et plus ciblée. Le travail collaboratif se poursuivra mais sous une forme différente, moins cohérente. Le défi est de voir comment ces petits projets se rassemblent et unissent leurs forces, même si chacun de nous aura ses propres objectifs », ajoute-t-elle.

Les années ont également vu la fortune des partenaires britanniques du produit phare faiblir également. Le Brexit, puis l’association tardive du Royaume-Uni à Horizon Europe ont créé des défis importants. Le nombre de participants britanniques au programme phare d’Horizon Europe est considérablement inférieur à celui d’Horizon 2020. Ferrari note que même si le Royaume-Uni n’a jamais été « hors du produit phare », les deux dernières années depuis le Brexit ont été « extrêmement difficiles ».

« Le principal problème a été le fait que le Royaume-Uni n’a pas pu faire partie de certaines parties du consortium (Graphene Flagship) lié à l’intégration européenne et le sentiment négatif à l’égard du Royaume-Uni au sein de la Commission ; de nombreuses personnes en Europe avaient peur de faire participer des partenaires britanniques aux propositions», explique-t-il.

« Il a été extrêmement difficile de participer aux budgets, cela a été extrêmement difficile de faire partie de la gouvernance, ma position a été attaquée… mais le bon travail que nous avons accompli au fil des ans a été reconnu et heureusement, le 7 septembre il y a eu l’annonce du retour du Royaume-Uni au sein d’Horizon Europe», ajoute-t-il.

Bien que le produit phare devait initialement durer 10 ans, le travail avec le graphène et d’autres matériaux 2D est loin d’être terminé. Zurutuza dit qu’elle voit des applications futures du graphène dans la photonique, les biocapteurs, l’optoélectronique et les télécommunications. Cependant, il reste encore des obstacles à surmonter. « L’un des défis qui n’a pas encore été résolu est l’intégration du graphène : comment l’introduire dans le produit, comment l’intégrer dans les flux de fabrication existants. Lorsque cet objectif sera atteint, le graphène arrivera sur le marché», dit-elle.

Mais l’avenir ne se limite pas au graphène. Kinaret affirme que bien que le graphène ait été le premier matériau bidimensionnel découvert, nous savons maintenant qu’il en existe environ 6 000 et qu’une centaine seulement ont été étudiées en détail.

Des travaux sont désormais en cours pour mettre en place de nouveaux partenariats européens tels que Innovative Materials for EU, qui réunira le projet phare du graphène et l’initiative Advanced Materials 2023.

« Si nous sommes financés, nous verrons une somme d’argent extrêmement importante – encore plus importante que le produit phare – consacrée aux matériaux 2D comme le graphène mais aussi à tous les autres matériaux avancés ensemble au cours des 10 prochaines années », déclare Ferrari.