Des cartes de circuits imprimés fabriqués avec des feuilles?

Des millions de tonnes de cartes électroniques difficiles à recycler sont brûlées ou finissent dans des décharges, un problème qui pourrait être endigué à l’aide de squelettes de feuilles.

Par l’équipe d’Anthropocene Magazine (Öffnet in neuem Fenster)

À l’aide d’une nouvelle approche de l’électronique verte, une équipe de recherche a fabriqué une carte électronique biodégradable à partir de feuilles d’arbres. Cette technologie à base de feuilles, ou leaftronics comme l’a baptisée l’équipe de l’Université technologique de Dresde, pourrait réduire de plusieurs millions de tonnes les déchets produits par l’humain chaque année.

Plus de 50 millions de tonnes de déchets électroniques (Öffnet in neuem Fenster) sont générées annuellement à l’échelle mondiale – un chiffre qui est appelé à doubler d’ici 2050, et auquel contribuent largement les cartes de circuits imprimés plates sur lesquelles sont soudés les circuits, les fils et les autres composants des appareils électroniques.

Les cartes de circuits imprimés sont généralement fabriquées en fibre de verre ou en composite plastique, des matériaux difficiles à recycler, qui sont généralement mis en décharge ou brûlés pour séparer les métaux précieux en vue de leur réutilisation.

Comme elle l’explique dans la revue Science Advances (Öffnet in neuem Fenster), l’équipe a utilisé des squelettes de feuilles veineux et palmés pour créer des substrats biodégradables. Cette structure finement ramifiée est constituée des mêmes composés de lignocellulose qui lui confèrent sa solidité. Le chercheur postdoctoral Rakesh Nair et ses collègues ont commencé par retirer les cellules d’une feuille de magnolia pour en conserver uniquement le squelette blanc et veiné. Ils ont plongé l’échafaudage dans de l’éthylcellulose, un polymère biodégradable (Öffnet in neuem Fenster) résistant.

Le substrat qui en résulte est lisse, flexible et transparent, et il peut supporter des températures élevées. En ce sens, il rivalise donc avec le plastique et le verre, et en plus, il est biodégradable. L’équipe pourrait utiliser un laser pour le découper, y imprimer des circuits et y souder des composants électroniques.

Pour dégrader le substrat, les membres de l’équipe de recherche l’ont placé dans un bain d’acide ultrasonique afin d’éliminer les métaux et les composants du circuit. Les cartes ont commencé à se dégrader après environ un mois dans le compost.

« Jusqu’à présent, indique M. Nair, les substrats en polymères biodégradables supportant mal les températures élevées ne pouvaient pas être utilisés pour la fabrication de dispositifs ou de circuits électroniques. » Il existe cependant des moyens d’améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des polymères biodégradables. « Ces moyens produisent toutefois des polymères qui ne sont souvent plus biodégradables, poursuit-il, ou qui nécessitent des procédés chimiques complexes, à forte empreinte carbone. »

Des cartes de circuits imprimés dégradables (Öffnet in neuem Fenster) ont également été fabriquées avec du papier, de la soie et des peaux de champignons (Öffnet in neuem Fenster). Mais la nouvelle méthode, qui consiste à tremper un échafaudage de feuilles dans un polymère biodégradable, est beaucoup plus simple et devrait permettre au personnel de recherche de fabriquer des substrats biodégradables précis dotés de propriétés supérieures.

Par exemple, l’équipe a fabriqué des substrats leaftronics au moyen de gélatine, un matériau hydrophile, biodégradable et traitable en solution. « La gélatine est tout de même difficile à utiliser, car elle fond aux alentours de 50 à 60 °C, précise M. Nair. Toutefois, grâce au renforcement par de la lignocellulose dérivée de feuilles [échafaudages], il semble qu’elle puisse être utilisée comme pellicule même à 180 °C. »

Selon lui, la technologie leaftronics devrait être suffisamment fiable pour permettre une production de masse. Le défi consistera à convaincre les fabricants de l’adopter en raison des normes extrêmement élevées qui ont été fixées en matière de durabilité des cartes de circuits imprimés. « Actuellement, les cartes sont fabriquées avec des matériaux qui peuvent durer des milliers d’années, mais elles sont intégrées dans des produits électroniques conçus pour devenir obsolètes en l’espace de quelques années. Il est donc difficile pour les cartes qui sont biodégradables de satisfaire aux normes de durabilité industrielle, même si elles peuvent survivre aux procédés de production habituels. »

Source : Rakesh R. Nair et coll. Leaftronics: Natural lignocellulose scaffolds for sustainable electronics. Science Advances, 2024.

Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2024/12/circuit-boards-made-from-leaves-could-green-up-electronics-act/ (Öffnet in neuem Fenster)

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Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Öffnet in neuem Fenster). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Öffnet in neuem Fenster), la Durabilité à l’Ère Numérique (Öffnet in neuem Fenster) et le pôle canadien de Future Earth (Öffnet in neuem Fenster).