Comment les circuits imprimés biodégradables peuvent contribuer à réduire les déchets

Le développement des circuits imprimés est exponentiel. Au cours du siècle dernier, nous sommes passés du laiton et du bois à la gravure au cuivre et aux supports en fibre de verre. Les nouveaux secteurs comme l'Internet des objets (IoT) et les systèmes d'aide à la conduite automobile  dans les voitures accélèrent cette évolution. Aujourd'hui, des millions de circuits imprimés sont en circulation et leur nombre continue d'augmenter. Le paradoxe, c'est que les circuits imprimés que nous concevons peuvent durer de nombreuses années mais les appareils sur lesquels ils sont montés ne vivent que quelques années. Tous les deux ans, la loi de Moore décrète que les circuits imprimés auparavant à la pointe sont désormais obsolètes. Les consommateurs les jettent puis achètent de nouveaux produits. Comme nous concevons nos circuits imprimés pour qu'ils durent, leur décomposition pose bien souvent problème et nos « solutions » électroniques se transforment en problèmes environnementaux. Les circuits imprimés biodégradables peuvent contribuer à résoudre le problème des déchets électroniques tout en permettant aux concepteurs d'accéder à une plus large gamme de propriétés de matériaux.

Les circuits imprimés mis au rebut posent-ils réellement problème ?

Les circuits imprimés mis au rebut posent-ils réellement problème ? Non seulement les déchets de circuits imprimés sont une réalité, mais leur durabilité et leur toxicité posent également problème.

Des experts environnementaux estiment que 25 000 000 de tonnes de déchets électroniques (e-déchets) sont produits dans le monde chaque année. Presque leur totalité (82 %) finit dans des décharges. Alors que nos circuits imprimés sont conçus pour durer, les appareils sur lesquels ils sont montés sont généralement prévus pour une durée de vie moins longue. Nos circuits imprimés durent peut-être 20 ans, mais la « fourchette intelligente » par exemple ne dure, elle, qu'un an. Lorsque cet objet est jeté à la décharge, le circuit imprimé à l'intérieur reste opérationnel pendant des années, et les toxines qu'il contient s'écoulent dans le sol. 

Si on recyclait les circuits imprimés au lieu de les enfouir ? La plupart des processus de recyclage sont dangereux et présentent des risques graves pour la santé. En outre, ils demandent beaucoup de main d'œuvre. C'est pourquoi les circuits imprimés doivent être expédiés dans des pays où les coûts de main d'œuvre de recyclage sont très faibles. Ces logiques logistiques engendrent néanmoins des coûts de recyclage élevés. La solution aux deux problèmes pourrait venir des circuits imprimés biodégradables. Et si les circuits imprimés se désagrégeaient tout simplement lorsqu'ils sont enfouis ? Ces circuits biodégradables seraient également plus faciles à recycler, ce qui diminuerait les coûts. La solution existe, mais est-elle réellement possible ?

Comment faciliter le recyclage des circuits imprimés ?

Les circuits imprimés « verts » sont-ils vraiment possibles ?

Les circuits imprimés biodégradables ne sont pas une solution utopiste tirée de l'esprit de quelques doux rêveurs. Les chercheurs étudient déjà les matériaux susceptibles d'être utilisés.

Vous pensez peut-être que des circuits imprimés se désagrégeant tout seuls est une idée un peu folle, mais sachez qu'ils existent déjà. Certains chercheurs ont fabriqué un circuit imprimé soluble dans l'eau qui mesure les données de température et les transmet sans fil. Sur un circuit soluble, on utilise des métaux conducteurs comme le tungstène ou le zinc. Même si ces métaux ne sont pas actuellement aussi conducteurs que le cuivre, l'argent ou l'or, les chercheurs travaillent à améliorer leur conductivité. Remplacer les métaux potentiellement toxiques, utilisés à l'heure actuelle, par des métaux conducteurs serait un grand pas en avant.

L'autre paramètre de cette équation environnementale est le substrat du circuit imprimé. Une large gamme de matériaux est actuellement à l'étude pour être utilisée dans ces substrats, plumes de poulet, huile de soja ou encore carboxyméthylcellulose ((Na-CMC). Ces différentes possibilités sont autant d'opportunités de spécifications variées pour les substrats.

Les circuits imprimés respectueux de l'environnement sont-ils à la hauteur ?

Bien souvent, les objets respectueux de l'environnement sont plus fragiles. Ce n'est évidemment pas ce que l'on souhaite pour nos circuits imprimés. Alors comment se comportent les matériaux verts par rapport aux matériaux traditionnels en termes de propriétés ?

1. Propriétés mécaniques- La performance mécanique des circuits dits verts est une réelle préoccupation. Même si le circuit imprimé est fabriqué à partir de fibres de bananes, il ne faut pas qu'il soit aussi fragile qu'une feuille. Les biomatériaux, sous leur forme actuelle, ne sont pas vraiment à la hauteur du FR4 en termes de solidité. Toutefois, les chercheurs étudient la possibilité d'associer différents matériaux dans la fabrication des substrats et espèrent obtenir des circuits aux propriétés physiques similaires.
2. Propriétés thermiques - Les performances thermiques sont une autre préoccupation majeure. Le circuit ne doit pas prendre feu lors de la soudure ou en fonctionnement. Les substrats en biomatériaux ont des seuils de température plus faibles que le FR4, mais les soudures à basse température rendent la fabrication possible. Du point de vue du fonctionnement, une étude sur un circuit fabriqué à partir de fibre de banane a fonctionné sans problème à 45° C. C'est un peu faible, mais une bonne conception thermique et des recherches plus poussées devraient faire remonter la plage de température.
3. Constantes diélectriques - Les constantes diélectriques sont un autre paramètre capital car elles revêtent une grande importance dans les circuits à haute fréquence. C'est un domaine dans lequel les circuits imprimés biodégradables font jeu égal avec les circuits traditionnels. D'après la même étude, des circuits fabriqués à partir de fibre de banane ont obtenu une constante diélectrique comprise entre 2 et 36, bien au-dessus de la plage exigée. Au final, la vaste gamme de biomatériaux devraient permettre aux concepteurs de choisir entre plusieurs plages de constantes diélectriques pour leurs circuits.

En termes de matériaux, les solutions respectueuses de l'environnement ne sont pas nombreuses. Néanmoins, les recherches avancées sur les matériaux devraient porter leurs fruits. La faisabilité de ces circuits a déjà été démontrée, créée et testée. Cela montre que les circuits imprimés dits verts ne sont pas qu'un beau rêve. Le développement des circuits imprimés biodégradables peut nous permettre de résoudre le problème des e-déchets et du recyclage électronique.

Les techniques de conception des circuits imprimés deviennent de plus en plus complexes  et les circuits verts ne feront qu'ajouter de la complexité. Il faudra alors un bon logiciel de conception de circuit imprimé pour répondre à la complexité et se concentrer sur la conception. CircuitStudio possède de nombreuses fonctionnalités avancées évolutives. Si vous souhaitez créer les circuits imprimés du futur, vous aurez besoin d'un logiciel de pointe comme CircuitStudio.

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