Des chercheurs montréalais tentent de réduire les coûts environnementaux des composants électroniques, grâce notamment à l’encre de seiche. Les matériaux issus de la capture de ce mollusque peuvent être utilisés pour imprimer de la mélanine utilisée comme conducteur électrique.
Une équipe québécoise a mis au point un procédé pour imprimer de 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).
L’utilisation de matériaux biosourcés – qui proviennent d’êtres vivants – dans le monde de l’électronique permet d’envisager une fin de vie différente pour ces objets. Ensuite, ils pourraient emprunter la voie du compost.
“Il faut faire attention car il y a des critères pour respecter les matériaux compostables, mais il y a de fortes chances qu’ils soient biodégradables et même biocompatibles”, souligne l’une des auteures de l’article, la professeure Clara Santato du Département d’ingénierie physique. à Polytechnique Montréal.
En effet, outre l’utilisation de matériaux issus de sources biologiques, le professeur Santato tient à souligner qu’il est possible de valoriser les déchets en électronique.
“Je pense qu’il faut s’ouvrir un peu l’esprit et penser que les déchets n’existent pas”, explique-t-elle. Le déchet n’est qu’une étape dans l’histoire de la vie du matériau. »
Si l’encre de seiche, qui contient beaucoup de mélanine, a été utilisée pour l’étude, d’autres perspectives sont possibles. Par exemple, dans l’industrie alimentaire, une ferme d’insectes l’a contactée pour savoir si leurs résidus riches en mélanine pouvaient être utilisés pour fabriquer des composants électroniques.
Alors que l’on sait depuis une quarantaine d’années que les molécules organiques peuvent conduire l’électricité, les préoccupations environnementales ont conduit les chercheurs à s’intéresser aux matériaux biologiques que l’on peut retrouver notamment dans les déchets, selon l’enseignant.
“Ce materiel [le déchet] il est déjà disponible, donc je n’ai pas besoin d’aller dans une industrie chimique pour le synthétiser », ajoute-t-elle.
Recette de conductivité
Autre raison, les mélanines, pigments brun-noir issus de cycles d’atomes de carbone, étaient peu utilisées jusqu’à présent : leur manque de solubilité, qui rend le matériau difficile à traiter.
L’équipe de Polytechnique, en partenariat avec l’Institut des communications graphiques et de l’imprimabilité, a réussi à pallier ce problème grâce à une recette permettant de solubiliser la mélanine de l’encre de seiche.
Grâce à plusieurs ingrédients et à un agent de liaison, ce mélange, une fois imprimé, forme un réseau conducteur tridimensionnel qui peut donc être utilisé dans des composants électroniques.
Ce sont des nanoparticules de mélanine dérivées de l’encre de seiche qui permettent la transmission de l’électricité.
“Paradoxalement, notre intérêt pour le développement de la technologie nous a aidés avec les bases”, explique le professeur Santato.
En effet, ces années de travail sur les mélanines ont permis d’aboutir à une découverte sur la conductivité des molécules organiques.
“C’est l’une des premières fois qu’un matériau organique biosourcé transporte des électrons plutôt que des ions”, explique-t-elle, ajoutant qu’il n’y a pas de première absolue car la recherche est basée sur des connaissances antérieures.
Capteurs biodégradables
“Ce n’est pas comme si dans cinq ans les microprocesseurs seraient organiques”, déclare Mme Santato. Mais il existe de nombreuses applications où nous pouvons envisager de passer à quelque chose de plus respectueux de l’environnement, par exemple les capteurs dans les océans où nous ne pouvons pas collecter en fin de vie. »
Elle cite notamment les détecteurs d’humidité et de température, les détecteurs de perte d’huile de bateau. “Nous ne pouvons pas obtenir ces capteurs par la suite, nous devons donc les concevoir pour qu’ils soient dégradables”, ajoute-t-elle.
A terme, elle pense qu’il sera possible de développer des capteurs chimiques et peut-être des dispositifs et des circuits intégrés. Cependant, il précise que pour les fonctions où la vitesse est recherchée, le silicium et les matériaux inorganiques l’emporteront toujours pour des raisons de liaison chimique.
“Dans d’autres cas, les (matériaux) organiques, parce qu’ils sont dégradables, parce qu’ils sont flexibles, parce qu’ils peuvent être imprimés – pas comme le silicium – auront leur part”, dit-elle.
Le seul inconvénient pour le moment est que le liant utilisé – le polyvinyl butyral (PVB) – n’est pas biodégradable. Cependant, l’équipe de chercheurs travaille à trouver une alternative qui signifie qu’un composant électronique entier à base d’encre de seiche ou d’autres matériaux biologiques peut finir sa vie dans le compost.
D’autres familles de molécules sont également à l’étude, comme les tanins et les chlorophylles à stockage électrochimique d’énergie, qui ont été analysés dans les années 1970 et 1980, notamment pour leur utilisation dans l’énergie solaire.
“Nous avons plus de connaissances et des équipements plus avancés en 2022 qu’en 1980. Nous sommes capables d’arranger les molécules bien mieux qu’il y a 40 ans”, explique le professeur.
Elle espère qu’à terme, les “déchets” de l’industrie forestière, notamment au Québec, pourront être utilisés pour fabriquer des composants électroniques.
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