Le graphite est un allotrope de l’élément carbone, ce qui signifie qu’il fait partie des différentes formes de l’élément pur avec un arrangement unique de ses atomes, par rapport aux autres formes de carbone. L’arrangement des atomes de carbone dans les molécules de graphite confère à cette substance des propriétés uniques. Il peut être utilisé comme lubrifiant et possède des caractéristiques qui ne sont normalement attribuées qu’aux métaux. Il est également similaire, à certains égards, au charbon. Cette combinaison inhabituelle de caractéristiques rend le graphite adapté à un certain nombre d’applications différentes.
Le nom de la substance graphite a été inventé par un géologue allemand au XVIIIe siècle qui a adapté le mot grec grapho, signifiant écrire en raison de son utilisation dans les crayons, une utilisation qui est encore courante aujourd’hui. Dans cette application, le graphite est souvent appelé mine de crayon ou plomb, mais cela est trompeur, car ce n’est pas du tout du plomb. Le graphite est un minéral naturel composé de carbone élémentaire pur.
Les propriétés physiques du graphite sont très similaires à celles du charbon. Ses molécules sont disposées en réseaux en forme d’hexagone qui forment des arrangements en forme de feuille. C’est cette configuration moléculaire qui contribue aux excellentes propriétés du graphite en tant que lubrifiant, à la fois sous forme sèche et en suspension dans un liquide, généralement de l’huile. C’est l’un des minéraux naturels les plus doux et se raye facilement avec un ongle. Il apparaît comme un solide sombre et argenté.
Comme le charbon, auquel il est chimiquement identique, le graphite se trouve parfois dans de grandes veines au sein de certaines roches métamorphiques, ou sous forme de petits flocons dispersés dans une variété de minéraux. Cependant, les propriétés du graphite le rendent impropre à une utilisation comme combustible, car il est très difficile à brûler. De même, le graphite est chimiquement très stable et presque inerte.
L’une des propriétés les plus intéressantes du graphite est sa conductivité. Le graphite conduit l’électricité, ce qui est inhabituel pour une substance qui n’est pas un métal, d’autant plus qu’au moins un autre allotrope élémentaire de carbone, le diamant, n’est pas conducteur du tout et est en fait un très bon isolant. Cependant, il n’est pas aussi conducteur qu’un métal et est parfois classé comme semi-conducteur. Une autre des propriétés intéressantes du graphite est ses fortes propriétés anisotropes de conduction thermique et sonore. Cela signifie qu’il conduit très bien la chaleur et le son dans une direction alors qu’il le fait mal dans les autres directions.
La science et l’industrie ont trouvé de nombreuses utilisations pour le graphite. Outre ses applications comme charge pour crayons et une large gamme de lubrifiants hautement efficaces, les propriétés du graphite le rendent approprié pour une utilisation dans la fabrication d’acier, de matériaux composites légers et à haute résistance et comme composant pour les plaquettes de frein composites, parmi de nombreux autres les usages. Sa douceur semblerait en faire un choix étrange pour les composites à haute résistance comme ceux utilisés dans les skis et les cannes à pêche, mais alors que les formations de feuilles plates de ses molécules le rendent doux, ces feuilles peuvent être enroulées et formées en fibres avec une résistance énorme en raison de les liens puissants entre les atomes individuels.