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Vers de l’électronique biodégradable en imprimant de l’encre de mollusque
Des chercheurs montréalais tentent de réduire le coût environnemental de composantes électroniques, et ce, grâce notamment à l'encre de seiche. Les matériaux issus de la pêche de ce mollusque pourraient servir à imprimer la mélanine, utilisée comme conducteur électrique.
Une équipe québécoise a mis au point un procédé pour imprimer la mélanine purifiée à partir d'encre de seiche. Elle vient de publier un article dans la revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Utiliser des matériaux biosourcés - qui proviennent du vivant - dans le monde de l'électronique permet d'envisager une fin de vie différente pour ces objets. Ils pourraient alors prendre le chemin du compost.
«Il faut être prudent, parce qu'il y a des critères à respecter pour les matériaux compostables, mais il y a de bonnes chances que ce soit biodégradable, et même biocompatible», souligne l'une des auteurs de l'article, la professeure Clara Santato du département de génie physique de Polytechnique Montréal.
En fait, au-delà d'utiliser des matériaux biosourcés, la professeure Santato souhaite mettre de l'avant qu'il est possible de valoriser des déchets en électronique.
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«On doit selon moi ouvrir un peu l'esprit et penser que les déchets n'existent pas, explique-t-elle. Les déchets sont juste une étape de l'histoire de vie d'un matériau.»
Si l'encre de seiche, qui contient beaucoup de mélanine, a été utilisée pour l'étude, d'autres perspectives sont envisageables. Par exemple, dans l'industrie alimentaire, un élevage d'insectes l'a contactée pour savoir si leurs résidus, riches en mélanine, pourraient être utilisés pour fabriquer des composantes électroniques.
Si cela fait une quarantaine d'années que l'on sait que des molécules organiques peuvent conduire l'électricité, des préoccupations environnementales ont amené les chercheurs à s'intéresser aux matériaux biosourcés, que l'on pourrait trouver dans les déchets notamment, selon la professeure.
«Ce matériau est déjà disponible, donc je n'ai pas besoin d'aller dans une industrie chimique pour en faire la synthèse», ajoute-t-elle.
Une recette pour la conductivité
Autre raison pour laquelle les mélanines, des pigments de couleur brun-noir faits de cycles d'atomes de carbone, étaient peu utilisées jusqu'à maintenant: leur manque de solubilité, qui rend la matière difficile à traiter.
L'équipe de Polytechnique, en partenariat avec l'Institut des communications graphiques et de l'imprimabilité, a réussi à venir à bout de ce problème grâce à une recette permettant de rendre soluble la mélanine issue d'encre de seiche.
Grâce à quelques ingrédients et un agent liant, ce mélange, une fois imprimé, forme un réseau conducteur en trois dimensions qui peut donc être utilisé dans des composantes électroniques.
Ce sont les nanogranules de mélanine, issue de l'encre de seiche, qui permettent de transmettre l'électricité.
«Paradoxalement, notre intérêt à développer des technologies nous a aidés dans le fondamental», affirme la professeure Santato.
En effet, ces années de travail sur les mélanines ont permis d'arriver à une découverte quant à la conductivité des molécules organiques.
«C'est une des premières fois où un matériau organique biosourcé transporte des électrons et non des ions», explique-t-elle, précisant qu'il n'y a pas de première fois absolue, car la recherche se bâtit sur les connaissances précédentes.
Des capteurs biodégradables
«Ce n'est pas que dans cinq ans les microprocesseurs vont être organiques, précise Mme Santato. Mais il y a plein d'applications pour lesquelles on peut penser s'en aller vers quelque chose de plus respectueux pour l'environnement, par exemple, les capteurs dans les océans, là où on ne peut pas collecter en fin de vie.»
Elle cite notamment des détecteurs d'humidité et de température, des détecteurs de perte d'huile des bateaux. «On ne peut pas aller chercher ces capteurs ensuite, donc on doit les concevoir dégradables», ajoute-t-elle.
Ultérieurement, elle pense qu'il sera possible de développer des capteurs chimiques et peut-être des dispositifs et des circuits intégrés. Elle spécifie néanmoins que, pour les fonctions où la vitesse est recherchée, le silicium et les matières inorganiques gagneront toujours pour des raisons de liaisons chimiques.
«Dans d'autres cas, les organiques, parce qu'elles sont dégradables, parce qu'elles sont souples, parce qu'elles peuvent être imprimées - pas comme le silicium - auront leur part», indique-t-elle.
Seule ombre au tableau pour le moment, le liant utilisé - le poly(butyral de vinyle) (PVB) - n'est pas biodégradable. L'équipe de chercheurs travaille néanmoins à trouver une alternative qui fera que l'ensemble d'un composant électronique à base d'encre de seiche ou d'autres matériaux biosourcés pourrait finir sa vie au compost.
D'autres familles de molécules sont également étudiées, comme les tannins pour le stockage d'énergie électrochimique et les chlorophylles, qui ont été analysées dans les années 1970-1980, notamment pour leur usage en énergie solaire.
«On a plus de connaissances et d'équipements sophistiqués en 2022 qu'en 1980. On arrive à agencer les molécules beaucoup mieux qu'il y a 40 ans», précise la professeure.
Elle espère à terme que les «déchets» de l'industrie forestière, surtout au Québec, pourront être utilisés pour produire des composantes électroniques.