L'histoire des sciences est parfois pleine de surprises. Un siècle avant que les physiciens Andre Geim et Konstantin Novoselov ne reçoivent le prix Nobel pour avoir isolé le graphène, Thomas Edison cherchait simplement à créer une ampoule durable. Une nouvelle étude publiée dans ACS Nano suggère que l'inventeur américain a peut-être fait d'une pierre deux coups, sans jamais s'en douter.
Comment un étudiant a-t-il eu cette "illumination" ?
L'idée vient de Lucas Eddy, un doctorant du laboratoire de James Tour à l'Université Rice. Il cherchait un moyen simple et peu coûteux de produire du graphène en masse. Sa méthode de prédilection : le chauffage par effet Joule flash, qui consiste à envoyer une forte décharge électrique dans un matériau à base de carbone pour le chauffer à plus de 2000 °C.
Après avoir exploré des pistes sans issue, comme des soudeuses à arc ou des arbres frappés par la foudre, il a eu une véritable "illumination". Il s'est souvenu que les premières ampoules d'Edison utilisaient des filaments de carbone et atteignaient justement ces températures critiques. Le brevet de 1879 offrait un plan précis pour répliquer l'expérience.
Comment l'expérience d'Edison a-t-elle été reproduite ?
Le plus dur fut de trouver la bonne lampe. Beaucoup de répliques modernes utilisent des filaments de tungstène. Eddy a finalement déniché des ampoules artisanales à New York, fidèles aux originales avec leur filament en bambou carbonisé. Le diamètre était quasi identique à celui utilisé par l'inventeur.
Le chercheur a alors branché l'ampoule à une source de 110 volts, comme à l'époque. Il n'a allumé l'interrupteur que pendant 20 secondes. Un temps plus long aurait transformé le matériau en simple graphite. Au microscope, le filament gris foncé avait pris une teinte "argentée et lustrée", signe d'une transformation.
Quelle preuve a confirmé la présence de ce matériau ?
Pour identifier la nouvelle substance, l'équipe a utilisé la spectroscopie Raman, une technique développée dans les années 1930. Ce procédé utilise des lasers pour lire la "signature atomique" d'un matériau, un peu comme un code-barres, afin de confirmer la présence de graphene. Les instruments modernes permettent une précision extrême.
L'analyse a confirmé les espoirs de Lucas Eddy. Des parties du filament s'étaient bien transformées en graphène turbostratique, une forme spécifique de ce matériau. En cherchant à perfectionner sa célèbre ampoule, Edison a donc potentiellement créé un matériau dont les applications technologiques façonnent aujourd'hui notre monde.
Quelles leçons tirer de cette redécouverte historique ?
Bien sûr, il est impossible de savoir avec certitude ce qui s'est passé dans le laboratoire d'Edison. Même si l'ampoule originale existait encore, le graphène se serait probablement dégradé en graphite, une autre forme de charbon, lors du premier test d'endurance de 13 heures. La découverte n'en reste pas moins fascinante.
Pour James Tour, le directeur du laboratoire, cette expérience soulève une question essentielle. "Reproduire ce que Thomas Edison a fait, avec les outils et les connaissances que nous avons maintenant, est très excitant." Cela nous pousse à nous interroger sur les autres secrets enfouis dans les expériences historiques et sur ce que nos prédécesseurs scientifiques auraient pu découvrir avec nos technologies actuelles.
Foire Aux Questions (FAQ)
Qu'est-ce que le graphène turbostratique ?
C'est une forme de graphène où les différentes couches d'atomes de carbone sont empilées de manière désordonnée ou tournée les unes par rapport aux autres, contrairement au graphite où l'empilement est parfaitement ordonné. Cette structure lui confère des propriétés électroniques et mécaniques uniques.
Pourquoi l'ampoule d'Edison était-elle si particulière ?
Contrairement à d'autres lampes de son époque, le modèle breveté par Edison en 1879 était capable d'atteindre la température critique de 2000 °C nécessaire au chauffage par effet Joule flash. De plus, son filament était à base de carbone, l'ingrédient de base du graphène.
Pouvons-nous analyser les ampoules originales d'Edison ?
Même si nous avions accès à une ampoule originale ayant fonctionné, il est très peu probable d'y trouver du graphène. Les tests d'endurance de l'époque, qui duraient plusieurs heures, auraient très certainement transformé le graphène potentiellement créé en graphite, une forme plus stable du carbone.
