ENERALITES SUR LE GRAPHITE

A sa découverte on avait confondu le graphite avec le plomb, d’où sa dénomination plombagine au départ, ce n’est qu’au XVIIIe siècle que le suédois Carl Wilhelm Scheele a identifié que le graphite est une forme cristalline du carbone. Le nom de graphite lui a été donné en 1789 par le minéralogiste allemand Abraham Gottlieb Werner. C’est le mot grec graphein, qui est à l’origine du nom et qui signifie écrire, à raison de son utilisation à l’époque comme mine de crayon. Le graphite est l’une des formes allotropiques naturelle du carbone, un élément chimique non- métallique, le sixième élément du tableau de Mendeleïev. En effet le graphite et le diamant sont les deux minéraux naturels constitués uniquement de l’élément du carbone (C); mais seul leur composition chimique qui se ressemble, la différence réside dans la disposition interne de leurs atomes de carbone.

Propriétés Le graphite est un minéral dont la formule chimique est « C ».Il est donc constitué essentiellement du carbone.,mais dans sa forme native on peut y rencontrer d’autres éléments en traces comme .l’hydrogène (« H »), l’azote (« N »), l’oxygène (« O »), le silicium (« Si »), l’aluminium (« Al »), le fer (« Fe ») ,on peut même retrouver de l’argile. Le graphite est opaque, noir à éclat submétallique. Il est tendre, sa dureté est anisotrope (différente parallèlement et perpendiculairement aux feuillets), elle est comprise entre 1 et 2 sur l’échelle de Mohs. Il est assez fréquent dans la croûte terrestre supérieure Le graphite est un carbone cristallisé dans le système hexagonal. Il est formé de feuillets hexagonaux où chaque atome de carbone est fortement lié à trois autres atomes par covalence sur un même plan et faiblement avec les feuillets adjacents. Ces feuillets sont appelés graphènes.et distant d’environ 0,336 nm. A partir de ces arrangements on distingue alors deux polytypes de graphite :

Le graphite-2Hou graphite hexagonal

C’est la forme cristalline stable du carbone à température et pression ordinaires. Les graphènes sont empilés selon une séquence ABAB, les atomes de la couche B étant décalés par rapport aux atomes de la couche A, de sorte que le centre de chaque hexagone de A soit au-dessus d’un atome de B. La liaison interfeuillet est de type Van der Waals et se traduit par une distance interplanaire élevée de 0,3354 nm. La maille cristalline correspondante est de symétrie hexagonale et est décrite à partir du groupe d’espace P63/mmc, le nombre d’atomes par maille étant de 4. Grace cette structure quasi-bidimensionnelle le graphite entraîne une anisotropie de la plupart de ces propriétés électriques, magnétiques et mécaniquesDans le graphite 3 R les plans de graphènes sont empilés selon une séquence ABCABC, les atomes de carbone de la couche C étant déplacés par rapport aux atomes de la couche B de manière similaire aux atomes de la couche B par rapport aux atomes de la couche A. Les liaisons interfeuillets et intrafeuillets sont identiques à celles du graphite hexagonal. La maille cristalline est de type rhomboédrique et est décrite à partir du groupe d’espace R3m, le nombre d’atomes de carbone par maille étant de 2. La teneur en phase rhomboédrique d’un graphite peut être augmentée par broyage mécanique. Après traitement thermique à des températures voisines de 2000 °C, la structure rhomboédrique disparaît progressivement au profit de la structure hexagonale. La structure rhomboédrique est alors instable thermodynamiquement.

Classification du graphite

On distingue trois formes distinctes du graphite à l’état naturel: le graphite amorphe, le graphite en paillettes et le graphite filonien. Ces types de graphite ont chacun ses propres environnements géologiques spécifiques différents les uns des autres.Le graphite est un bon conducteur de la chaleur et de l’électricité. C’est le seul non-métal à avoir cette propriété. Il est très réfractaire. À la pression atmosphérique, il sublime à 3 825 °C. Il est chimiquement inerte. Il résiste aux chocs thermiques avec notamment un faible coefficient d’expansion thermique. Il a également un bas coefficient d’absorption des rayons X et un très bas coefficient de friction. Enfin, il est non toxique et non « mouillable » par les métaux. Il est relativement léger, sa densité est entre 2,1 et 2,3 graphite par abus de langage. En effet, cette structure cristalline n’est visible ni à l’œil nu ni en microscopie optique standard. On a ainsi donc nommé ce graphite microcristallin ou cryptocristallin. Macroscopiquement, ce type de graphite est de couleur noir et a une forme massive. Ce qui indique que sa structure microcristalline est non stratifiée. Le graphite amorphe est issu de la transformation d’une couche d’anthracite (charbon) à la suite d’un métamorphisme de contact. Entre autres, on peut citer les dépôts de graphite de Sonora au Mexique qui est issu d’un métamorphisme de contact; un dyke. Le graphite amorphe est donc formé de carbone d’origine organique. De tous les graphites, le graphite amorphe est celui qui présente le plus d’impureté : 40 à 60 % alors que les autres n’en contiennent que 10% ou moins. Ceci est probablement dû au fait que les proto-carbones ont été déposés temporairement et associés avec des impuretés de quartz ou d’argiles.