Développement et recyclage chimique d’encres conductrices à matrice biosourcée pour l’électronique imprimée

Le laboratoire Ampère (www.ampere-lab.fr) est une Unité Mixte de Recherche (UMR5005), sous tutelle de l'École Centrale de Lyon, de l'Université Claude Bernard Lyon 1, de l'INSA de Lyon et du CNRS. L’effectif est d’environ 200 personnes. Le stagiaire sera accueilli sur le site de l'INSA de Lyon et intégrera une équipe interdisciplinaire composée de physicochimistes, de spécialistes en plastronique et d’électroniciens. Il aura accès aux équipements de la plateforme Plastronique d’AMPERE (site INSA de Lyon), qui dispose de moyens de mise au point et d’impression de matériaux, ainsi que des instruments de caractérisation physicochimique et électrique. 

L’électronique imprimée permet de fabriquer des motifs et des composants électroniques fonctionnels, tels que des pistes conductrices, des éléments chauffants et des capteurs (de température, d’humidité, de pression, etc.), par dépôt d’encres fonctionnelles sur différents substrats, notamment polymères¹. Parmi les techniques d’impression utilisées, la sérigraphie est particulièrement adaptée à la production en série grâce à sa robustesse et à sa compatibilité avec divers substrats. Elle trouve des applications dans de nombreux domaines, tels que la santé, l’automobile, les objets connectés, les textiles intelligents et l’électronique intégrée aux pièces plastiques.

Cependant, la gestion de la fin de vie des dispositifs électroniques imprimés représente un enjeu environnemental important. La présence de polymères et de matériaux conducteurs rend leur recyclage complexe, notamment lorsque les différents constituants sont difficiles à séparer. Le développement d’encres conductrices à base de matériaux biosourcés, associant un liant et un solvant d’origine biosourcée à des charges conductrices, ouvre des perspectives pour concevoir une électronique imprimée plus durable et faciliter la valorisation des dispositifs en fin de vie.

Dans ce contexte, des travaux antérieurs au laboratoire AMPERE ont permis de développer et d’optimiser une encre conductrice à base de carbone, formulée à partir de matériaux biosourcés et biodégradables, ainsi que de réaliser des dispositifs imprimés fonctionnels2². L’objectif du stage est de poursuivre ces travaux en étudiant principalement la recyclabilité chimique de cette encre et des dispositifs associés, afin de récupérer et de réutiliser les matériaux dans la fabrication de nouveaux dispositifs. L’approche envisagée consiste à traiter la zone imprimée dans son ensemble, sans chercher à séparer le substrat polymère de la matrice de l’encre et de la charge conductrice. La formulation initiale et les performances des dispositifs feront l’objet de vérifications de reproductibilité afin de disposer de références fiables pour évaluer les matériaux recyclés.

En parallèle, une étude exploratoire pourra être menée sur une encre conductrice formulée à partir de matériaux biosourcés et chargé en argent³, également développée au laboratoire, afin d’évaluer le potentiel d’extension de cette approche à d’autres systèmes conducteurs.

Les objectifs du travail

• Vérifier la reproductibilité des résultats antérieurs concernant la formulation, les propriétés rhéologiques et électriques de l’encre carbone, ainsi que les performances des dispositifs imprimés (capteur et élément chauffant).
• Étudier le recyclage chimique de l’encre carbone, reformuler une nouvelle encre à partir des matériaux récupérés, puis caractériser ses propriétés rhéologiques, morphologiques et électriques en les comparant à celles de l’encre initiale.
• Fabriquer de nouveaux dispositifs à partir des encres recyclées, évaluer leurs performances par rapport aux dispositifs de référence et établir un bilan du recyclage (récupération des matériaux, ajout de matière vierge et consommation de solvant), avec une éventuelle étude de plusieurs cycles de recyclage.

Références :

¹ T. Gerges et al. In-Mold electronics with high electrical conductivity circuits on Poly(Lactic Acid) and polycarbonate using photonic curing. Int J Adv Manuf Technol (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-025-16977-8

² J. Guillemant et al. "Carbon-Based Conductive Ink for More Sustainable In-Mold Electronics" International Exhibition and Conference for Flexible, Organic and Printed Electronics | ICM, Munich, Germany

³ T. Gerges et al. "Biobased silver conductive ink for Flexible Printed Electronics, and In-Mold Electronics”, Flex. Print. Electron 10, 45012 (2025); https://doi.org/10.1088/2058-8585/ae2139

Etudiant de Master 2 ou d’école d’ingénieur spécialisé en science des matériaux ou en physicochimie.

Des compétences en formulation d’encres, ou en électronique imprimée constitueraient un plus.

Aptitude indispensable à la réalisation de travaux expérimentaux.

Bon niveau de français et d'anglais. Excellentes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité.