Soutenance de thèse de M Joao Henrique FERREIRA DA CONCEICAO

Résumé : L'électronique imprimée est un domaine émergent en constant développement pour la fabrication de nouveaux dispositifs électroniques flexibles, légers et rentables. Les dispositifs imprimés utilisent généralement le plastique comme support, et divers matériaux imprimés, i.e. des encres conductrices, des semi-conducteurs et des matériaux diélectriques. Dans un contexte d'éco-conception, de durabilité et de respect de l’environnement, des substrats alternatifs, comme le papier, sont étudiés pour remplacer le plastique. Le papier offre de nombreux avantages : faible coût du matériau, flexibilité, biodégradabilité, bonne imprimabilité. Bien que le papier soit connu pour être recyclable, la fin de vie des dispositifs électroniques à base de papier (PE) n’a pas encore été évaluée. Ce projet vise à adapter les lignes conventionnelles de recyclage utilisées pour les papiers et cartons au recyclage de ces dispositifs. Cela pose de nouveaux défis en matière de recyclage car la composition des PEs diffère de celle des papiers et cartons classiques. De plus, les procédés conventionnels de recyclage du papier visent l'obtention de fibres recyclées propres et exemptes de contaminants, et les matériaux présents dans les rejets ne sont pas valorisés. Dans le cas des PEs, l’encre fonctionnelle contient des composants à haute valeur ajoutée, des métaux critiques coûteux qu'il pourrait être intéressant de récupérer.
Ces travaux sont présentés dans trois chapitres. Le premier est consacré à la production et caractérisation d'un prototype simple d'antenne RFID imprimée sur papier et utilisé pour le développement des procédés de recyclage. Une encre conductrice à base d’argent (Ag) a été utilisée. Pour tracer l'Ag tout au long de la ligne de recyclage, quatre méthodes de quantification ont été comparées. Elles utilisent l'analyse d'images non destructive ou la lixiviation par un acide suivie d'une analyse SAA. Il a été montré que cette dernière méthode est la plus rigoureuse et la plus précise. Elle a donc été utilisée pour tracer l'Ag dans les différents flux issus des opérations de recyclage étudiées dans le deuxième chapitre.
Le deuxième chapitre est consacré au développement de la ligne de recyclage, afin d'obtenir une séparation efficace des fibres et de l'Ag. La remise en suspension du PEs dans l’eau, première étape du recyclage, a été optimisée et l'effet de différents paramètres (temps, consistance fibreuse, etc.) a également été étudié en utilisant des PEs à base de papier couché et non couché. Les opérations d’épuration étudiées sont le classage, l’épuration cyclonique et la flottation. L’épuration cyclonique, qui consiste à séparer des flux de matière par différence de densité, présente la plus grande efficacité de séparation fibre-Ag (taux de séparation 83% pour Ag et 97% pour les fibres). Le classage, en revanche, n’a pas d’effet car la remise en suspension du PEs ne produit pas d’éléments non défibrés. La flottation, quant à elle, ne sépare pas les particules d'Ag en raison de leur manque de caractère hydrophobe. Enfin, le couchage du papier réduit l'efficacité du désencrage par rapport à un substrat non couché.
Le dernier chapitre étudie la valorisation de l'Ag récupéré dans la fraction rejetée de l’épuration cyclonique. La lixiviation et la récupération de l'Ag se sont avérées complexes et il n’a pas été possible de synthétiser directement des particules d'Ag de taille contrôlée. Des étapes de pré-purification sont nécessaires pour produire en circuit fermé des particules d'Ag de taille appropriée pour de nouvelles formulations d'encres pour la production de PEs.
En conclusion, ces travaux ont démontré que les PEs à base papier pouvaient être recyclés en utilisant les lignes classiques de recyclage du papier-carton, moyennant quelques ajustements. Les fibres peuvent être séparées et réutilisées pour fabriquer du papier et les particules d'Ag peuvent également être récupérées. Une première voie de valorisation a été proposée.