Voir la source de Graphite

{{Infobox Minéral
| nom         = Graphite
| nomIUPAC    = 
| CAS         = {{CAS|7|7|8|2|4|2|5}}
| famille     = 1
| strunz      = {{Strunz|1|C|B|05a}}
| Dana        = {{Dana|1|3|6|2}}
| largeurbox  = 
| image       = Min graphite.jpg
| tailleimage = 280
| légende     = Graphite natif
| formule     = C |C=1|cacher=oui
<!-- Identification -->
| masseform   = 
| couleur     = gris métallique; gris foncé; noir
| classe      = dihexagonale dipyramidale ;<br>P 6<sub>3</sub>/mmc
| système     = [[Système cristallin hexagonal|hexagonal]]
| réseau      = primitif P
| macle       = sur {1121}
| clivage     = parfait sur {0001}
| cassure     = minéral sectile, conchoïdale, irrégulière
| habitus     = massif, très rares cristaux
| faciès      = cristaux hexagonaux
| dureté      = de 1,00 à 2,00
| trait       = gris acier; noir
| éclat       = métallique; mat
| poli        = 
<!-- Propriétés optiques -->
| réfraction  = w=1,93-2,07
| pléochroïsme = 
| biréfringence = Uniaxe (-)
| pouvoir rotatoire = 
| dispersion  = 
| fluorescence = aucune
| absorption  = 
| transparence = opaque
<!-- Propriétés chimiques -->
| masse vol   = 2,09-2,23<ref name="ICSC"/>
| densité     = 
| tempfusion  = point de sublimation<ref name="ICSC">{{ICSC|7782-42-5}}</ref> : {{formatnum:3652}}
| fusibilité  = 
| solubilité  = dans l'eau : insoluble<ref name="ICSC"/>
| comportement = 
<!-- Propriétés physiques -->
| coeff_couplage = 
| magnétisme  = aucun
| radioactivité = aucune
<!-- Précautions -->
| 67548EECref = 
| symboles = 
| numeroIndex = {{indexCE|}}
| classificationCE = 
| r = 
| s = 
| transportRef = 
| transport = {{ADR|Kemler=|ONU=|Classe=|CodeClassification=|Etiquette=|Etiquette2=|Etiquette3=|Emballage=}}
| NFPA704ref = 
| NFPA704 = {{NFPA 704|Health=|Flammability=|Reactivity=|Other=}}
| SIMDUTref = <ref name="Reptox">{{Reptox|CAS=7782-42-5|Date=25 avril 2009}}</ref>| SIMDUT = {{SIMDUT/2| D2A = Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques<br />mélange non testé pouvant contenir au moins 0,1 % d'un cancérogène (silice cristalline); mélange non testé pouvant contenir au moins 1,0 % d'un produit causant de la toxicité chronique (silice cristalline)}}
| SGHref = 
| SGH = {{SGH|}}
| CIRC = 
| categorisationAuto = <!-- désactivée -->
}}

Le '''graphite''' est une espèce [[minéral]]e qui est, avec le [[diamant]], la [[lonsdaléite]] et la [[chaoite]], l'un des [[allotropie|allotropes]] naturels du [[carbone]]. Le graphite est dit naturel quand il provient d'une mine et synthétique quand il est issu de la [[pyrolyse]] de [[houille]] ou de [[coke de pétrole]]. 

Sa formule chimique est « C » mais les formes natives permettent de retrouver des traces d'[[hydrogène]] (« H »), d'[[azote]] (« N »), d'[[oxygène]] (« O »), de [[silicium]] (« Si »), d'[[aluminium]] (« Al »), de [[fer]] (« Fe ») ou encore d'[[argile]].

En raison de son importance industrielle (pour les [[Accumulateur lithium-ion|batteries de type lithium-ion]] notamment) il est maintenant considéré comme matériau critique de la transition énergétique, inclus dans une première liste de criticité en Europe.

== Découverte et étymologie ==
Les gisements historiques sont les mines britanniques de {{lien|fr=Seathwaite (Allerdale)|lang=en|trad=Seathwaite, Allerdale|texte=Seathwaite}} exploitées pour confectionner les mines de crayon dès le {{s-|XVII}}. Comme ce minéral ressemble au [[plomb]] que l'on utilise alors pour dessiner ou écrire, il reçoit le nom de [[plombagine]]<ref>{{Ouvrage |auteur=Jean-Claude Boulliard |titre=Les Minéraux |éditeur=CNRS Éditions |année=2016 |passage=81}}.</ref>. La plombagine remplace progressivement la [[mine de plomb]] dans les crayons. Ce n'est qu'en 1779 que le chimiste suédois [[Carl Wilhelm Scheele]] analyse la plombagine (qu'il utilise pour écrire) et prouve qu'elle est composée de carbone pur et non de plomb, montrant que ce minerai est une forme cristalline particulière du carbone<ref>{{Ouvrage |auteur=Francis Ribemont |titre=Au-delà de l'image: les techniques du dessin révélées par la science |éditeur=Musée des beaux-arts de Rennes |année=2007 |passage=121}}.</ref>.

Le minéralogiste allemand [[Abraham Gottlob Werner]] invente<ref name="Werner">{{Article |langue=de |auteur1=C. A. S. Hoffmann |auteur2=Alexander Wilhelm Köhler |directeur2=Alexander Wilhelm Köhler |titre=Mineralsystem des Herrn Inspektor Werners |journal=Bergmännisches Journal |volume=1 |éditeur=Crazische Buchhandlung |lieu=Freyberg |date=1789 |passage=369–386 |url=https://rruff.info/uploads/Bergmannisches_Journal_1_1789_369.pdf#page=13 |format=pdf}}.</ref> le terme « graphite » en 1789, s'inspirant du grec {{grec ancien|γράφω|gráphô}}, « écrire ».

== Gîtologie ==
C'est un [[élément natif]] dont les gîtes se sont formés aux dépens de roches carbonées (roches riches en carbone, du type [[charbon]]). Constitué de carbone pur, il correspond au degré ultime de [[houillification]]<ref>{{ouvrage|auteur=[[Alain Foucault]], Jean-François Raoult|titre=Dictionnaire de Géologie|éditeur=Dunod|date=2001|passage=67}}.</ref> atteint dans des conditions de [[métamorphisme régional]] ou [[Métamorphisme de contact|de contact]] (pegmatites ou gîtes hydrothermaux dans l'auréole de contact de certains granites)<ref name="Chauris">{{Article|auteur=[[Louis Chauris]]|titre=Propos sur le graphite en Bretagne|périodique=[[Penn ar Bed (revue)|Penn ar Bed]]|date=septembre 2009|numéro=207|pages=42}}.</ref>. Il peut aussi se former par réduction des [[:Catégorie:Carbonate (minéral)|carbonates]]. Il se présente dans les gîtes {{Citation|sous forme de masses lamellaires micacées, foliacées, compactes ou pulvérulentes ; rarement en lamelles hexagonales ; souvent en paillettes irrégulières disséminées. Il offre un toucher gras, tache les doigts et laisse sur le papier une trace noirâtre<ref name="Chauris"/>}}.<br />
Il est aussi présent dans les météorites.

Au {{s-|XVIII}}, la prospection de gisements riches en charbon conduit à interpréter à tort les roches graphiteuses (schistes, quartzites), de teinte noirâtre, comme étant charbonneuses<ref>{{Article|auteur=Louis Chauris|titre=Propos sur le graphite en Bretagne|périodique=[[Penn ar Bed (revue)|Penn ar Bed]]|date=septembre 2009|numéro=207|pages=43}}.</ref>.

== Cristallographie ==
<gallery>
image:GraphitGitter4.png|Structure du graphite.
image:Graphite-unit-cell-3D-balls.png|Maille élémentaire.
</gallery>

La [[structure cristalline|structure]] du graphite est constituée de feuillets hexagonaux non compacts, nommés ''[[graphène]]s'', séparés d'environ {{unité/2|0.336|nm}} le long de la direction de leur normale. Dans chaque feuillet, chaque atome de carbone est fortement lié par des [[liaison covalente|liaisons covalentes]] de type sigma pour ses 3 électrons sp{{exp|2}}, et des [[liaison covalente|liaisons covalentes]] de type π pour son autre électron p, Ces liaisons π sont des [[Système conjugué|liaisons conjuguées]] avec les trois atomes voisins, les électrons y sont très mobiles ce qui explique la grande conductivité électrique et thermique ainsi que la couleur noire du graphite. {{référence nécessaire|Entre les feuillets les liaisons sont faibles et seraient de type [[Liaison de van der Waals]], ce qui expliquerait le [[clivage]] et la faible [[échelle de Mohs|dureté]]. Par contre ceci est mis en doute dans des travaux récents.}}<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Y. J. |prénom2=M. A. |prénom3=F. |prénom4=J. |nom1=Dappe |nom2=Basanta |nom3=Flores |nom4=Ortega |titre=Weak chemical interaction and van der Waals forces between graphene layers: A combined density functional and intermolecular perturbation theory approach|périodique=Physical Review B |volume=74 |numéro=20 |date=2006-11-16 |doi=10.1103/PhysRevB.74.205434 |accès doi=payant |lire en ligne=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.74.205434 |consulté le=2016-03-08 |numéro article=205434}}.</ref>.

== Propriétés physiques ==
Le graphite est la forme stable du carbone à température et à pressions ordinaires.

L'apparence du graphite est celle d'un solide noir à l'[[éclat]] submétallique ; sa dureté est faible, entre 1 et 2 sur l'échelle de [[échelle de Mohs|Mohs]].

En raison de sa structure en feuillets, toutes les propriétés physiques du graphite sont [[anisotropie|anisotropes]]. En particulier, la [[conductivité électrique]] est très différente dans le plan des feuillets et dans la direction perpendiculaire.

== Polytypisme ==
Le graphite existe en deux [[Polymorphisme (chimie)|polytypes]] :
* graphite-2''H'', [[système cristallin]] hexagonal, [[classe cristalline]] dihexagonale-bipyramidale, [[groupe d'espace]] ''P'' 6<sub>3</sub>/''mmc'', empilement de type ABAB où le plan B est translaté de <math>a/\sqrt{3}</math> par rapport au plan A. Bien que sa structure soit analogue à celle des métaux qui cristallisent avec empilement hexagonal compact, le graphite est un [[non-métal]]. Il possède une certaine [[conductivité électrique]], sa [[résistivité]] est de 50 µΩ.m, soit 2900 fois celle du [[cuivre]].
* graphite-3''R'', [[système cristallin|trigonal]] à [[Réseau de Bravais|réseau]] rhomboédrique, empilement de type ABCABC. La [[structure cristalline|structure]] rhomboédrique est instable : elle se produit par moulage et disparaît lors d'un recuit. On ne la trouve jamais comme forme pure, mais seulement comme tendance à l’empilement ABC dans les cristaux hexagonaux primaires.

Le [[Houille|charbon]] existe dans tous les états intermédiaires entre charbon [[Matière amorphe|amorphe]] et graphite hexagonal. On parle de graphite « lubricostratique » (du latin ''lubricare'', « rendre glissant ») quand les couches sont déplacées parallèlement au hasard, et de graphite « turbostratique » (du latin ''turbo'', « tourbillon ») si elles sont aussi tournées au hasard.

== Synonymie ==
* crayon de plomb<ref>{{Ouvrage |langue=fr |auteur=[[Pierre-Joseph Buc'hoz]] |titre=Dictionnaire minéralogique et hydrologique de la France |volume=3 |année=1774 |page=590}}.</ref>
* graphitoid (Shepard)
* mélangraphite<ref>Albert Auguste Cochon de Lapparent - Cours de minéralogie 1908 p.737</ref>
* mica des peintres<ref>Auguste Drapiez - Dictionnaire classique des sciences naturelles 1840 p.330</ref>
* mine de plomb<ref>Charles S. Sonnini - Nouveau dictionnaire d'histoire naturelle Volume 20 1818 - p.505</ref>
* plombagine<ref>[[Louis Jacques Thenard]] - Traité de chimie élémentaire, théorique et pratique, Volume 1, 1817, {{p.|378}}.</ref>

== Variété ==
* [[cliftonite]] (Fletcher) : octaèdres de graphite en [[pseudomorphose]] de [[kamacite]]. Cette variété a un temps été considérée comme un [[allotrope]] du carbone, voire comme une pseudomorphose après le [[diamant]]. Elle se rencontre dans certaines météorites de fer.

== Utilisations ==
[[Fichier:Electrodes.png|vignette|Électrodes d'un four à arc.]]
Le graphite a de nombreuses applications industrielles, sous ses formes naturelles et/ou synthétiques :
* construction mécanique : pièces de frottement, joints d'étanchéité, produits lubrifiants ;
* construction électrique : [[Collecteur tournant|balais de moteurs]] ;
* comme [[réaction d'oxydo-réduction|réducteur]], notamment en [[sidérurgie]] ([[coke (charbon)|coke]] des [[haut-fourneau|hauts-fourneaux]]) ;
* comme [[électrode]], par exemple en sidérurgie dans les [[Four à arc électrique|fours à arc]] (acier ''électrique'') ;
* comme [[cathode]] :
** par exemple, dans la [[production de l'aluminium par électrolyse]],
** dans la [[galvanoplastie]] et particulièrement la [[galvanotypie]] ;
* comme [[modérateur (nucléaire)|modérateur]] dans certains [[réacteur nucléaire|réacteurs nucléaires]] ; 
* comme [[adsorption|adsorbant]], dans les [[filtre (physique)|filtres]] à « charbon actif » ;
* comme conducteur électrique (''[[pencil mod]]'', [[bombe au graphite]]) ;
* comme échangeur de chaleur pour le traitement d'acide chlorhydrique (fabrication pigment de peinture) ;
* comme constituant de la [[fibre de carbone]] utilisée comme renfort dans les [[Matériau composite|matériaux composites]] ;
** comme matériau principal dans la tige et le cadre de certaines [[raquette (sport)|raquettes]] de [[badminton]],
** comme renfort composite (avec le [[titane]] ou la [[fibre de verre]]) des cadres de raquettes de [[tennis]].

Dans les [[arts plastiques]], il est utilisé pour le [[dessin]]. Il sert en particulier à fabriquer des [[crayon]]s, souvent sous l'appellation incorrecte de « [[mine de plomb]] ».

Il est également utilisé en médecine comme absorbant en cas d'[[intoxication]] par voie orale et en usage militaire pour endommager les centrales électriques comme [[bombe au graphite]].

Une forme pyrolytique du graphite est utilisée dans la fabrication de grilles pour les [[tétrode]]s de très grande puissance dans le domaine de la [[radiodiffusion]]. On peut citer par exemple la tétrode TH539 qui a été utilisée jusqu'en {{date-|mars 2003}} sur l'un des deux blocs [[émetteur d'Allouis|émetteurs ondes longues d'Allouis]] de 1&nbsp;000&nbsp;kW.

Le graphite naturel fait partie des matériaux industriels critiques en France et dans l'Union européenne<ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Graphite naturel (C) |url=https://mineralinfo.fr/fr/substance/graphite-naturel-c |site=mineralinfo.fr |éditeur=BRGM |consulté le=2 juillet 2024}}.</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Matières premières critiques |sous-titre=Cinquième liste 2023 des matières premières critiques pour l’UE |url=https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/raw-materials/areas-specific-interest/critical-raw-materials_en?prefLang=fr&etrans=fr#fifth-list-2023-of-critical-raw-materials-for-the-eu |site=single-market-economy.ec.europa.eu |éditeur=[[Commission européenne]] |consulté le=2 juillet 2024}}.</ref>.

== Production et origines ==
Le graphite synthétique est généralement élaboré par le [[procédé Acheson]] : les principaux producteurs sont, en 2020, [[Showa Corporation|Showa Denko Carbon]] (Japon), [[SGL Carbon]], [[Schunk Group|Schunk Kohlenstofftechnik]] (Allemagne), [[Imerys]] (France), [[Tōkai Rika|Tōkai Carbon]] (Japon) et [[Morgan Motor|Morgan Advanced Materials]] (Grande-Bretagne).

La Chine est le premier producteur avec en 2023 77 % des {{unité|1600000|t}} de graphite naturel produites dans le monde ({{unité|1200000|t}}) ; elle produit en outre 54 % du graphite synthétique ({{unité|1300000 t/an}}) devant le Japon ({{unité|400000|t}}) et l'Inde ({{unité|200000|t}}). La Chine en est aussi le premier consommateur, au point qu'elle doit en importer du graphite (presque {{nombre|93000}} tonnes en 2022, venant surtout du Mozambique et moindrement de Madagascar et Tanzanie.

Les ressources économiques exploitables à l'heure actuelle (autour de 280 millions de tonnes dans le monde) seraient situées pour 28 % en Chine, 26 % au Brésil, 9 % au Mozambique et 9 % également à Madagascar.

En 2019, l'agence australienne d'énergie renouvelable (ARENA) a annoncé 9,41 millions de dollars australiens d'aides pour un projet du Groupe Hazer (compagnie d'énergie renouvelable australienne) de conversion du [[biogaz]] (ici issu de méthanisation de boues d’épuration) en graphite et en [[hydrogène]] (usine démonstratrice de $10,72 millions USD à Munster, Australie de l'Ouest)<ref>Liz Gyekye (2019) [https://biomarketinsights.com/australia-backs-tech-that-converts-biogas-into-hydrogen-and-graphite/ « Australia backs tech that converts biogas into hydrogen and graphite »], Biomarketing sights ; 4 sept 2019.</ref>.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets
 | wikibooks       = Tribologie
 | wikibooks titre = Tribologie
 | commons         = Category:Graphite
 | wikt            = graphite
}}
=== Liens externes ===
* [[BRGM]] [http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-61339-FR.pdf Panorama 2011 du marché du graphite, juillet 2012]
{{Liens}}

{{Palette|Fer carbone|Éléments natifs|Liste des minéraux|Carbone}}
{{portail|minéraux et roches|chimie}}

[[Catégorie:Forme allotropique du carbone]]
[[Catégorie:Élément natif]]
[[Catégorie:Lubrifiant]]
[[Catégorie:Minéral hexagonal]]
[[Catégorie:Matériau réfractaire]]
[[Catégorie:Adsorbant]]
[[Catégorie:Minéral nommé d'après l'une de ses propriétés]]