Caroline GOUMENT a soutenu sa thèse le 19/12/2023.
Lieu : amphitheatre Émilie du Châtelet de la Bibliothèque Marie Curie à l’INSA de Lyon
Jury :
Rapporteurs :
Luc AVEROUS, Professeur, Université de Strasbourg
Thierry BARRIERE, Professeur, Université de Franche-Comté
Examinateurs :
Pierre DUMONT, Professeur, INSA Lyon, Université de Lyon
Cécile VENET, Docteur, Schneider Electric (Grenoble)
Invités :
Benoît BLOTTIERE, Maître de Conférences HDR, Université Jean-Monnet Saint Etienne
Nicolas DUGUET, Maître de Conférences HDR, UCB Lyon 1, Université de Lyon
Encadrement :
Bruno ALLARD, Professeur, AMPERE INSA Lyon, Directeur de thèse
Michel CABRERA, Chargé de Recherche CNRS, AMPERE INSA Lyon, Co-encadrant
Jean-Yves CHARMEAU, Professeur, IMP INSA Lyon, Co-encadrant
Résumé :
Dans la très grande majorité des cas, les objets électroniques de la vie quotidienne ont une enveloppe plastique à base de matériaux polymères issus de la pétrochimie. Remplacer les matériaux issus de la pétrochimie par des matériaux plus respectueux de l’environnement est aujourd’hui une transition nécessaire. La plastronique 3D est un domaine émergeant permettant de dépasser certaines limites de l’électronique traditionnelle, notamment parce qu’elle oblige à redéfinir les supports polymères. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet BIOANTENNA du Pack Ambition Recherche de la Région AURA, dont le but est la fabrication d’un dispositif électronique innovant du point de vue des matériaux supports utilisés et des fonctionnalités du circuit électronique. Dans cette thèse, nous étudions un procédé de fabrication de masse de dispositifs électroniques appelé In-Mold Electronics (IME). Celui-ci comporte trois étapes principales : sérigraphie, thermoformage et surmoulage par injection. Dans l’état de l’art, le polymère de référence en IME est le PolyCarbonate (PC). Notre objectif sera de remplacer le PC par un matériau plus écologique : l’acide PolyLActique (PLA). Ce polymère fait depuis une dizaine d’années l’objet de nombreuses études afin de l’utiliser comme alternative aux polymères techniques issus de la pétrochimie. Le PLA est le polymère biosourcé le plus utilisé aujourd’hui. Il est également biodégradable en compost industriel, ce qui pourrait permettre d’apporter une réponse à la fin de vie des produits et ainsi envisager son utilisation en économie circulaire.
Cette thèse comprend deux grandes parties.
Tout d’abord, un état de l’art sur la plastronique comparée à l’électronique conventionnelle permet d’introduire le procédé d’intérêt sélectionné dans ce travail, l’IME. Les différents matériaux et substrats utilisés en IME sont également présentés en résumant leurs propriétés et leurs domaines principaux d’application. Plusieurs travaux expérimentaux sont ensuite détaillés selon deux axes, les polymères et les matériaux pour l’électronique, dans lesquels sont récapitulées toutes les analyses et leurs résultats avec une discussion finale quant aux choix des paramètres pour l’IME sur PLA. Enfin, l’implémentation des choix et l’optimisation des paramètres pour l’IME tout PLA sont détaillées avec la présentation d’un démonstrateur. Pour les fonctionnalités du circuit électronique, les premiers essais de fabrication de condensateurs et d’antennes en IME avec PC et PLA sont présentés en vue de la fabrication d’un circuit électronique de récupération et de stockage de l’énergie.
Dans la seconde grande partie, un état de l’art permet d’introduire les méthodes de valorisation et recyclage des objets électroniques couramment rencontrés aujourd’hui. Des travaux expérimentaux visant le démantèlement de nos dispositifs plastroniques IME en PLA sont ensuite détaillés. La capacité de recyclage du PLA est un avantage pour ouvrir la voie à une économie circulaire autour de l’IME, à l’heure où le démantèlement des dispositifs électroniques conventionnels est une problématique majeure. A notre connaissance, le recyclage de dispositifs plastroniques par voie chimique n’est pas décrit dans la littérature. Aussi, une contribution de ces travaux est notamment de proposer un procédé nouveau de démantèlement en vue du recyclage. Les choix du démantèlement sont introduits avec une étude comparative de différents solvants sélectifs pour dissoudre la structure PLA. Deux réactions (alcoolyse et hydrolyse) sont comparées pour le recyclage chimique du PLA de manière à déterminer la méthode la plus efficace du point de vue des paramètres de la dépolymérisation (température, temps, quantité de matière, etc).
Mots-clés : Acide PolyLActique, Plastronique 3D, In-Mold Electronics, PolyCarbonate, Démantèlement, Recyclage Chimique, Polymère Biosourcé