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8 Mai, 2024

Ces circuits imprimés recyclables pourraient réduire les déchets électroniques

Ces circuits imprimés recyclables pourraient réduire les déchets électroniques

Les circuits imprimés à base de vitrimère (à gauche) peuvent être décomposés en gel pour être réutilisés à plusieurs reprises.

Un circuit imprimé fabriqué à partir de matériaux pouvant être recyclés à plusieurs reprises pourrait contribuer à atténuer le problème croissant des déchets électroniques dans le monde. Les circuits imprimés recyclables, décrits dans un article publié le 26 avril dans la revue Nature Sustainability, sont aussi performants que les circuits classiques, mais contrairement à ces derniers, ils peuvent être facilement réparés. En outre, les matériaux utilisés pour fabriquer les PCB recyclables peuvent être récupérés et réutilisés.

Selon les Nations unies, le monde a produit 62 millions de tonnes de déchets électroniques en 2022, et nous sommes en passe d’en produire 82 millions de tonnes en 2030, soit une augmentation de plus de 30 %. Les produits chimiques peuvent s’échapper des déchets électroniques et polluer les réserves d’eau ; lorsque les déchets électroniques sont brûlés pour récupérer des matériaux précieux tels que l’or et le cuivre, ils produisent de la pollution atmosphérique.

Les PCB conventionnels, qui sont les substrats sur lesquels reposent les puces électroniques et leurs interconnexions, sont au cœur de ce problème environnemental. Ils sont constitués de fibres de verre mélangées à un type de plastique appelé thermodurcissable. Ces polymères ressemblent à un tas de spaghettis cuits. Lorsqu’ils sont chauffés au cours du processus de renforcement du panneau, tous les points où les polymères se croisent deviennent chimiquement liés. Ces liaisons chimiques ne sont pas réversibles et les PCB conventionnels ne sont donc pas recyclables. Ils ne peuvent pas non plus être facilement réparés lorsqu’ils se fissurent.

Des chercheurs ont maintenant fabriqué des PCB recyclables à partir d’un autre type de polymère appelé vitrimère (1). Les ingénieurs chimistes étudient ces matériaux durables et autocicatrisants depuis les années 2010. Comme les polymères thermodurcissables classiques, les vitrimères se lient chimiquement à l’endroit où ils se croisent lorsqu’ils sont chauffés et peuvent être mélangés à des fibres de verre pour fabriquer des matériaux composites durables. Mais les liaisons transversales des vitrimères sont réversibles et, avec un traitement approprié, les vitrimères peuvent être entièrement récupérés et réutilisés à plusieurs reprises sans aucun dommage.

  1. Les vitrimères sont un nouveau type de polymères organiques, classé entre les thermodurcissables et les thermoplastiques, qui pourraient permettre de produire des matériaux composites aux propriétés intéressantes, peu coûteux et susceptibles d’être fabriqués à partir de déchets de plastiques, même mal triés

Bichlien Nguyen, chimiste à Microsoft Research à Redmond, Wash., utilise l’apprentissage automatique pour concevoir ces polymères. Elle a travaillé avec l’informaticien Vikram Iyer et l’ingénieur mécanicien Aniruddh Vashisth, tous deux de l’université de Washington, pour fabriquer des vitrimères adaptés aux PCB recyclables.

Lorsque les PCB fabriqués à partir de ces vitrimères sont traités avec le bon solvant, les polymères se dissocient et le matériau prend l’aspect d’un gel. Il est alors possible de séparer les composants superposés sur le circuit imprimé, y compris les puces et autres dispositifs électroniques, le cuivre et les fibres de verre. Les fibres et les vitrimères peuvent alors être utilisés pour fabriquer de nouveaux PCB. Lors du recyclage, 98 % du vitrimère utilisé pour fabriquer les PCB peut être récupéré, de même que toutes les fibres de verre et 91 % du solvant.

Les PCB à base de vitrimère ont des propriétés électroniques et mécaniques comparables à celles des PCB classiques, et ils sont compatibles avec les processus de fabrication existants, souligne Vikram Iyer. L’équipe a placé des capteurs environnementaux sur les PCB classiques et recyclables et a constaté qu’ils avaient des performances comparables en matière de contrôle de la température, de l’humidité et de la pression. Selon Vikram Iyer, les substrats recyclables devraient pouvoir être remplacés sans problème puisqu’ils sont compatibles avec les procédés de gravure et de micro-usinage au laser utilisés pour les circuits imprimés actuels.

Il n’existe actuellement aucune infrastructure de recyclage des PCB. « Il s’agit d’une nouvelle capacité technologique », déclare Vikram Iyer, qui ajoute qu’en rendant les PCB recyclables, on ajoute de la valeur à ce qui a toujours été considéré comme des déchets, ce qui pourrait encourager la circularité dans la chaîne d’approvisionnement en produits électroniques. »

Lors du recyclage, 98 % du vitrimère utilisé pour fabriquer les PCB peut être récupéré.

Mme Nguyen imagine que le recyclage des PCB pourrait être adopté par de grandes entreprises comme Apple, qui utilise déjà des systèmes robotisés pour récupérer les composants des téléphones retournés par les consommateurs, ou par Microsoft, qui dispose de systèmes de récupération de certains matériaux utilisés dans l’électronique des centres de données. Elle note qu’environ 7 % de l’or qui a été extrait est piégé dans les déchets électroniques dans les décharges.

D’autres chercheurs ont déjà mis au point des PCB recyclables intégrant des matériaux tels que le papier, mais ces PCB ne sont pas compatibles avec les processus de fabrication existants. Zhenan Bao, ingénieur chimiste à l’université de Stanford qui développe des produits électroniques autocicatrisants et biodégradables, estime que les travaux sur les vitrimères sont très intéressants. « Bien sûr, les PCB sont déjà utilisés commercialement et le substrat représente un pourcentage important des déchets », écrit-elle dans un courriel. « Il serait souhaitable de disposer d’un moyen de recycler le substrat. »

L’équipe a également montré que les PCB à base de vitrimère peuvent être réparés. Lorsque les PCB conventionnels se fissurent, ils doivent souvent être jetés. Les vitrimères sont des matériaux auto-cicatrisants. Le fait de les chauffer à nouveau permet de réparer facilement les trous. Les circuits imprimés facilement réparables pourraient également ouvrir la voie à de nouvelles façons de concevoir l’électronique, en facilitant le développement d’ordinateurs portables modulaires et d’autres appareils électroniques grand public qui peuvent être mis à niveau, au lieu d’être jetés et remplacés, explique Vikram Iyer.

https://spectrum.ieee.org/electronic-waste-recycling-2668106144