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

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Le problème croissant des déchets électroniques

Entre les mises à niveau et les pannes de téléphones portables, tablettes, ordinateurs portables et appareils électroménagers, tant de dispositifs électroniques sont jetés à la poubelle qu'ils ont pris un nom propre : les déchets électroniques (e-waste).

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

Simplement dit, nous jetons de plus en plus de dispositifs électroniques, et le recyclage ne suit pas. Mais une nouvelle étude dans Advanced Materials par deux équipes de recherche de Virginia Tech offre une solution potentielle au problème des déchets électroniques : un matériau recyclable qui pourrait rendre l'électronique plus facile à décomposer et réutiliser.

Un nouveau matériau : vitrimère + métal liquide

Michael Bartlett, professeur associé 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 circuit. Avec un travail significatif de leur équipe de chercheurs postdoctoraux et doctorants, incluant Dong Hae Ho, Meng Jiang et Ravi Tutika, les nouveaux circuits sont recyclables, électriquement conducteurs, reconfigurables et auto-réparables après dommage. Pourtant, ils conservent la résistance et la durabilité des plastiques de circuits imprimés traditionnels — des caractéristiques rarement trouvées ensemble dans un seul matériau.

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

C'est une approche fondamentalement différente des autres dispositifs électroniques recyclables ou flexibles. En combinant des polymères adaptables à haute performance avec des métaux liquides électriquement conducteurs, le nouveau circuit résiste à une multitude de défis.

Bartlett : « Notre matériau est différent des composites électroniques conventionnels. Les circuits imprimés sont remarquablement résilients et fonctionnels. Même sous déformation mécanique ou dommage, ils fonctionnent encore. »

Recyclage simplifié et boucle fermée

Le recyclage des circuits imprimés traditionnels implique plusieurs étapes de déconstruction énergivores et produit encore de grandes quantités de déchets. Des milliards de dollars de composants métalliques précieux sont perdus dans le processus. Le recyclage du circuit de l'équipe est simple et peut être accompli de plusieurs façons.

Worch : « Les circuits imprimés traditionnels sont faits de thermodurcissables permanents incroyablement difficiles à recycler. Ici, notre matériau composite dynamique peut être réparé ou remodelé s'il est endommagé, en appliquant de la chaleur, et la performance électrique ne souffrira pas. Les circuits imprimés modernes ne peuvent simplement pas faire cela. »

Les circuits en vitrimère peuvent également être déconstruits en fin de vie par hydrolyse alcaline, permettant la récupération de 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 la recherche future.

Bien qu'il ne soit peut-être pas possible de freiner le nombre de dispositifs électroniques jetés par les consommateurs mondiaux, ce travail représente une étape clé pour en garder davantage hors des décharges.

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