Désassemblage intelligent et recyclage chimique de circuits imprimés électroniques thermoplastiques

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 en 2030. Ces déchets soulèvent des enjeux environnementaux majeurs, notamment en raison des circuits imprimés électroniques (PCB, Printed Circuit Board), présents partout. Les circuit imprimés les plus fréquents sont basés sur un matériau dénommé FR4, qui est un composite à base de tissus de fibres de verre imprégnés d’un polymère époxyde thermodurcissable.

En fin de vie, les composants électroniques des circuits imprimés sur substrat FR4 sont retirés (cisaillement, air chaud) puis broyés et traités chimiquement afin d'en extraire l'or, les résidus étant incinérés. Par ailleurs, les substrats FR4 (dépouillés des composants) sont broyés, puis enfouis ou incinérés. Une pollution majeure est générée et très peu de matériaux sont recyclés (principalement l'or).

Il est donc nécessaire de proposer une solution radicalement différente.

Dans ce contexte, le laboratoire AMPERE développe une alternative aux circuits imprimés FR4 en se basant sur des matériaux thermoplastiques, ce qui a permis d'aboutir à un première génération de circuits imprimés dénommés Ecoboard. La voie choisie  permet le désassemblage "intelligent" des circuits imprimés, le tri et la collecte des différents constituants, ainsi que le recyclage par voie chimique (dépolymérisation) des substrats. La réutilisation des constituants (composants électroniques, métaux, polymères) est envisagée.

Une première station expérimentale de désassemblage intelligent et de recyclage a été développée à l’échelle du laboratoire et intégrée à la plateforme plastronique d’AMPERE à l’INSA de Lyon. Des démonstrations de principe ont été réalisées, complétées par des premières études de rendement incluant des bilans massiques et énergétiques.

Travail à effectuer

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 de recyclage et d’enrichir une Analyse du Cycle de Vie.

Avec l’appui des électroniciens d’AMPERE, des démonstrateurs électroniques simples sur EcoBoard seront étudiés pour suivre leur parcours complet, de la fabrication à la fin de vie (aucune expertise spécifique en électronique n’est requise). 

Le stagiaire bénéficiera des moyens de fabrication et de caractérisation de la plateforme plastronique d’AMPERE (métallisation, FTIR, MEB, angles de contact, etc.), et 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 (HAL 04990943 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. Aucune connaissance en électronique n’est nécessaire autre que les bases de l’électricité. Très bonne maitrise du français à l’écrit et à l’oral, ainsi que de l’anglais.