Une équipe innovante crée des appareils électroniques recyclables et réparables pour lutter contre les déchets électroniques

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(De gauche à droite) Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch et Meng Jiang testent le circuit recyclable créé par les équipes de génie mécanique et de chimie. (Image :Alex Parrish pour Virginia Tech)

Entre les mises à niveau et les pannes des téléphones portables, des tablettes, des ordinateurs portables et des appareils électroménagers, tant d'appareils électroniques sont jetés à la poubelle qu'ils ont pris un nom qui leur est propre :les déchets électroniques.

Selon un rapport publié en 2024 par les Nations Unies, la quantité de déchets électroniques dans le monde a presque doublé au cours des 12 dernières années, passant de 34 milliards à 62 milliards de kilogrammes — l'équivalent de 1,55 million de camions de transport — et on estime qu'elle atteindra 82 milliards de kilogrammes d'ici 2030. Seuls 13,8 milliards de kilogrammes — soit environ 20 % du total — devraient être recyclés, un chiffre qui devrait rester stable.

En termes simples, nous jetons de plus en plus d’appareils électroniques et le recyclage ne suit pas le rythme. Mais une nouvelle étude dans Advanced Materials par deux équipes de recherche de Virginia Tech propose une solution potentielle au problème des déchets électroniques :un matériau recyclable qui pourrait faciliter le démontage et la réutilisation des appareils électroniques.

Michael Bartlett, professeur agrégé de génie mécanique, et Josh Worch, professeur adjoint de chimie, viennent de domaines différents, mais ensemble, ils ont créé une nouvelle classe de matériaux de circuits. Grâce au travail important de leur équipe de chercheurs postdoctoraux et étudiants diplômés, dont Dong Hae Ho, Meng Jiang et Ravi Tutika, les nouveaux circuits sont recyclables, électriquement conducteurs, reconfigurables et auto-réparateurs après dommage. Pourtant, ils conservent la résistance et la durabilité des plastiques traditionnels pour circuits imprimés, des caractéristiques rarement réunies dans un seul matériau.

Le nouveau matériau commence par un vitrimer, un polymère dynamique qui peut être remodelé et recyclé. Ce matériau polyvalent est combiné à des gouttelettes de métal liquide qui effectuent le travail de transport du courant électrique, comme le font les métaux rigides dans un circuit traditionnel.

Il s’agit d’une approche fondamentalement différente des autres appareils électroniques recyclables ou flexibles. En combinant des polymères adaptables hautes performances avec des métaux liquides électriquement conducteurs, le nouveau circuit résiste à de nombreux défis.

"Notre matériau est différent des composites électroniques conventionnels", a déclaré Bartlett. "Les circuits imprimés sont remarquablement résistants et fonctionnels. Même en cas de déformation ou de dommage mécanique, ils fonctionnent toujours."

Le recyclage des circuits imprimés traditionnels implique plusieurs étapes de déconstruction énergivores et génère néanmoins de grandes quantités de déchets. Des milliards de dollars de composants métalliques précieux sont perdus dans ce processus. Le recyclage des circuits imprimés de l'équipe est simple et peut être réalisé de plusieurs manières.

"Les circuits imprimés traditionnels sont fabriqués à partir de thermodurcissables permanents qui sont incroyablement difficiles à recycler", a déclaré Worch. "Ici, notre matériau composite dynamique peut être guéri ou remodelé s'il est endommagé, en appliquant de la chaleur, et les performances électriques n'en souffriront pas. Les circuits imprimés modernes ne peuvent tout simplement pas faire cela. "

Les circuits imprimés vitrimer peuvent également être déconstruits en fin de vie par hydrolyse alcaline, permettant la récupération des composants clés tels que le métal liquide et les LED. La réutilisation complète de tous les composants des composites conducteurs dans un processus en boucle fermée reste un objectif pour les recherches futures.

Même s'il n'est peut-être pas possible de réduire le nombre d'appareils électroniques jetés par les consommateurs du monde entier, ce travail représente une étape clé pour éviter qu'un plus grand nombre d'entre eux ne finissent dans les décharges.

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