Stage M2 - Désassemblage et recyclage chimiques de circuits électroniques 2D et 3D

Ampère (UMR 5005) est un laboratoire de recherche pluridisciplinaire sous la tutelle du CNRS, de l’ECL, de l’INSA et de l’UCBL avec un effectif d’environ 160 collaborateurs. Le stage aura lieu au sein de la Plateforme Plastronique d’AMPERE à l’INSA de Lyon (Campus de la Doua). L’étudiant sera intégré au sein d’une équipe interdisciplinaire (électroniciens, physicochimistes, matériaux) dédiée à l’électronique des circuits imprimés 2D et à la Plastronique 3D.

Contexte :

La production mondiale de produits électriques et électroniques, en constante augmentation, pourrait engendrer jusqu’à 74,7 millions de tonnes de déchets d’ici 2030. Ces déchets soulèvent des enjeux environnementaux majeurs, notamment en raison des circuits imprimés (PCB, Printed Circuit Board), omniprésents dans l’industrie. Parmi ceux-ci, le matériau le plus répandu reste le FR4, un composite à base de tissus de fibres de verre imprégnés d’un polymère époxyde thermodurcissable, particulièrement difficile à recycler.

En fin de vie, les circuits imprimés FR4 sont généralement broyés. Le recyclage se limite alors à la récupération des métaux, principalement l’or, tandis que le reste est enfoui ou incinéré, générant une pollution majeure.

Par ailleurs, le laboratoire AMPERE développe des dispositifs plastroniques 3D, une alternative aux circuits imprimés planaires traditionnels comme les FR4. Ces circuits non planaires, souvent composés de thermoplastiques, nécessitent l’exploration d’une large gamme de polymères, peu utilisés dans l’électronique conventionnelle. Dans ce cadre, le laboratoire a développé une première génération d’un matériau innovant, baptisé Ecoboard. Ce matériau permet le désassemblage et le recyclage par voie chimique (dépolymérisation) des circuits imprimés 2D (PCB) et des dispositifs plastroniques 3D.

Travail à effectuer

Une première station expérimentale de désassemblage et de recyclage (dépolymérisation) a été développée à l’échelle du laboratoire, intégrée à la plateforme plastronique d’AMPERE à l’INSA de Lyon. Des démonstrations de principe ont été réalisées, complétées par une première étude de rendement incluant un bilan énergétique.

L’objectif de ce stage sera double : travailler à la fois sur l’optimisation de la formulation du matériau EcoBoard et sur l’amélioration du dispositif expérimental de désassemblage et recyclage. En collaboration avec les partenaires d’AMPERE spécialisés en plasturgie (IMP) et en chimie (ICBMS), il s’agira d’améliorer le rendement actuel et d’enrichir une Analyse du Cycle de Vie. Avec l’appui des électroniciens d’AMPERE, des démonstrateurs électroniques 3D et 3D sur EcoBoard seront conçus pour étudier leur parcours complet, de la fabrication à la gestion en fin de vie (aucune expertise spécifique en électronique n’est requise). Enfin, le stagiaire participera aux réflexions visant à concevoir une station de désassemblage et de recyclage de deuxième génération.

Le stagiaire bénéficiera des moyens de fabrication et de caractérisation de la plateforme plastronique d’AMPERE, ainsi que de ceux de la plateforme plasturgie de l’IMP (extrusion, injection, etc.). L’ICBMS apportera son expertise en analyse et caractérisation chimiques (RMN, SEC, etc.).

Bibliographie :

1) H. Cauchy-Clerc, P.  Lombard, N. Duguet, V. Semet, B. Allard, J.Y. Charmeau, M. Cabrera, Disassembling and recycling of In Mold Electronics 3D Plastronics Systems based on Polycarbonate Substrates, LOPEC 2025, February 25-27, Munich, 2025 (hal-04990943 , version 1 (avec pdf)

2) C. Goument, Caractérisation, mise en forme et recyclage de polymères biosourcés pour le développement d’un procédé de fabrication plastronique respectueux de l’environnement, mémoire de thèse avec soutenance effectuée le 19 décembre 2023 (HAL 05052893v1 avec pdf)

Ingénieur (ou équivalent) en matériaux, chimie ou plasturgie (avec un très bon parcours universitaire). Capacité à travailler et à s’intégrer dans une équipe interdisciplinaire. Des qualités d’expérimentateur sont indispensables. Une formation en packaging électronique et plastronique sera assurée pendant le stage. Aucune connaissance en électronique n’est nécessaire autre que les bases de l’Electricité. Très bonne maitrise du français à l’écrit et à l’oral, ainsi que de l’anglais.