Électronique durable : circuits imprimés compostables fabriqués à partir de déchets de production d’acide citrique
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Partout dans le monde, les jouets électroniques, ordinateurs et smartphones mis au rebut constituent des quantités croissantes de déchets électroniques. Les circuits électroniques reposent sur des cartes de circuits imprimés (PCB), généralement composées de résine époxy fossile renforcée de fibres de verre, ce qui les rend difficiles à recycler, et encore plus à biodégrader. Une équipe de l'université technique des mines de Freiberg (TU Bergakademie Freiberg) a présenté une alternative entièrement compostable, fabriquée à partir du mycélium du champignon Aspergillus niger, un sous-produit de la production industrielle d'acide citrique.
Au lieu de jeter ces déchets de biomasse, l'équipe les transforme en un matériau semblable au plastique grâce à un procédé innovant de moulage et de séchage à l'air. On obtient ainsi une petite plaque d'environ 0,5 cm d'épaisseur et d'une densité de 1,23 g/cm³, comparable à celle des circuits imprimés classiques. Par inscription directe à l'encre ou par gravure chimique standard et soudure manuelle, les chercheurs ont pu déposer des composants électroniques directement sur ces plaques fongiques.
« Lors de tests en laboratoire, le matériau issu du mycélium fongique présente des propriétés mécaniques élevées et une bonne stabilité thermique », explique Nina Oehlsen, doctorante à l’Université technique des mines de Freiberg et première auteure de la publication scientifique. « Bien que ses propriétés électriques soient encore inférieures à celles des circuits imprimés classiques, le mycélium fongique est suffisant pour des applications de prototypage ou basse fréquence, comme les capteurs environnementaux, les biens de consommation et les jouets. »
Toutefois, pour que la plaque soit comparable aux circuits imprimés actuels, elle doit être testée selon des normes telles que IPC-A-600 ou DIN EN 60249-1 et optimisée en termes d'absorption d'eau.
Défis liés à la gestion de la fin de vie
D’ici 2030, on estime à 82 millions de tonnes la quantité de déchets électroniques attendue dans le monde, selon le « Global E-waste Monitor ».La carte de circuit imprimé durable, baptisée AnimatPCB, répond non seulement à l'impact environnemental des déchets électroniques non recyclables, mais offre également une solution pour éviter le recours à des matériaux non réutilisables en fin de vie.
La carte elle-même est entièrement biodégradable et les transistors qui y sont déposés peuvent être fonctionnellement récupérés, explique Linus Stegbauer, professeur junior en matériaux techniques biogéniques à l'Université technique des mines de Freiberg : « Nous avons créé un matériau fonctionnel de haute qualité à partir d'un déchet industriel, sans utiliser de matières premières fossiles. Comparé à une carte de circuit imprimé classique, le mycélium fongique présente une empreinte carbone jusqu'à 56 % inférieure et se dissout facilement et sans danger dans l'eau en fin de vie. »
La recherche bio-inspirée peut contribuer de manière significative au développement d'une industrie électronique circulaire : « Nous démontrons qu'il est possible de développer des composants électroniques de haute qualité sans impact environnemental à long terme et proposons des solutions pour une industrie électronique circulaire », souligne le professeur Simon Glöser-Chahoud, économiste à la TU Bergakademie Freiberg, qui a calculé l'empreinte carbone sur l'ensemble du cycle de vie du matériau innovant.