Trois astucieux conseils en matière de conception électronique pour préserver l'environnement

Le monde ne peut se passer de l'électronique. Selon Statista, en 2023, le nombre total d'abonnements à la téléphonie mobile dans le monde s'élevait à 6,7 milliards. Dans une étude similaire réalisée en 2023, cet institut a montré qu'aux États-Unis, les smartphones personnels et professionnels étaient remplacés respectivement tous les 2,67 et 2,54 ans. Cela représente beaucoup de déchets électroniques, mais ce n'est qu'une infime partie du total. Cette valeur est estimée par Statista à un total de 62 millions de tonnes métriques dans le monde en 2022.

Malheureusement, il n'existe pas encore de méthode écologique et économique pour traiter les déchets électroniques. Cette situation est préoccupante car un traitement et une élimination inappropriés peuvent entraîner le rejet dans l'environnement de toute une série de substances toxiques, dont le plomb, le mercure, l'arsenic et bien d'autres encore. Il convient également de noter que la fabrication de composants électroniques peut être tout aussi préjudiciable.

Tous ces facteurs ont créé une demande de produits électroniques écologiques et durables. Bien que les solutions alternatives actuellement disponibles soient limitées, voici quelques éléments que les ingénieurs en conception électronique doivent garder à l'esprit pour effectuer des choix plus écologiques.

Trois concepts environnementaux à prendre en compte dans la conception électronique

Il existe un certain nombre de concepts que les ingénieurs en électronique peuvent appliquer pour améliorer leurs conceptions d'un point de vue environnemental. En voici la liste :

1. Conception durable
2. Fabrication écologique
3. Économie circulaire

Selon l'étude de McKinsey & Company, si la recherche et le développement représentent 5 % ou moins du coût total d'un produit, ils sont responsables de jusqu'à 80 % de la consommation de ressources de ce produit.

Par conséquent, une conception durable pourrait être le facteur le plus important lors du développement de nouveaux produits électroniques. Ce processus consiste à prendre en compte des considérations environnementales dans la conception de l'ensemble du cycle de vie d'un produit, depuis la collecte des matières premières jusqu'à la mise au rebut inévitable du produit. Cette démarche est devenue d'autant plus facile à mettre en œuvre que de nombreux outils de CAO (conception assistée par ordinateur), de PLM (gestion du cycle de vie du produit) et de conception technique ont intégré des analyses du cycle de vie (ACV) environnemental dans leur technologie de base.

Deuxièmement, ce n'est un secret pour personne que les processus de fabrication des produits électroniques représentent un impact significatif sur l'environnement. Bien que des processus plus durables fassent l'objet de recherches, les ingénieurs peuvent encore jouer un rôle clé dans ce domaine. En mettant en œuvre des méthodologies de fabrication intelligente, ils peuvent améliorer le rendement énergétique d'une usine et réduire ses volumes de déchets. En outre, en choisissant des sources d'énergie renouvelables pour alimenter la production, les ingénieurs peuvent contribuer à rendre ces processus plus écologiques.

En dernier lieu, les ingénieurs doivent envisager la conception de produits dans l'optique d'une économie circulaire. Cela signifie qu'un produit, ses composants et même ses matières premières doivent être facilement réutilisés, réparés ou recyclés. Cela ne se limite pas au droit de réparer et de revendre des produits électroniques. Les entreprises doivent mettre au point des filières de recyclage qui permettent de reconditionner ou de réutiliser facilement les anciens produits pour en fabriquer de nouveaux.

Des produits électroniques respectueux de l'environnement accessibles dès maintenant

Tout cela soulève la question suivante : quels sont les composants et matériaux respectueux de l'environnement dont disposent les ingénieurs ? Malheureusement, pour l'industrie électronique, les options sont actuellement limitées.

De nombreux chercheurs étudient la possibilité de fabriquer des composants électroniques à partir de matériaux recyclés et abondants. D'autres, en revanche, privilégient les matériaux organiques plus synthétiques. Voici quelques exemples :

• Matériaux à base de soie ou de papier pour l'électronique et la photonique vertes
• Hydrogels conducteurs d'ions pour la bioélectronique
• Composites polymères conducteurs biocompatibles et biodégradables
• Biopigments et points quantiques de carbone graphitique pour le stockage électrochimique de l'énergie
• Solvants verts pour les indicateurs et filtres UV organiques avec revêtement par enduction de fente
• Substrats organiques LED à base de cellulose bactérienne et de polystyrène recyclé

Toutefois, certaines des recherches les plus prometteuses concernent les transistors à effet de champ organiques (OFET). L'objectif est que ces transistors OFET remplacent les composants électroniques traditionnels tels que les substrats, les semi-conducteurs et les diélectriques. Ces produits seraient biodégradables et fabriqués à partir de matériaux abondants. Parmi les produits conceptuels qui ont été réalisés, on trouve des écrans pliables, des cartes d'identité, des capteurs et même des peaux artificielles. Cependant, le développement et la recherche sur les transistors OFET n'en sont qu'à leurs balbutiements.

Quels sont donc les composants verts actuellement disponibles pour les ingénieurs ? Les connecteurs d'épissure de fils Green Range série 221 de WAGO en sont un exemple. Ces connecteurs sont en partie fabriqués à partir de matériaux biocirculaires et de plastiques recyclés.

Les connecteurs d'épissure de fils Green Range série 221 de WAGO sont en partie fabriqués à partir de matériaux biocirculaires et de plastiques recyclés. (Source de l'image : WAGO)

De plus, Allegro Microsystems offre une gamme de solutions d'alimentation et de détection qui rationalisent les conceptions et optimisent les transferts d'énergie. Ces produits sont également conçus pour des applications écologiques, telles que les onduleurs solaires, les pompes à chaleur et les chargeurs de véhicules électriques.

En ce qui concerne les autres composants optimisés pour les applications écologiques, les ingénieurs peuvent s'adresser à ITT Cannon pour se procurer toute une série de systèmes d'interconnexion personnalisables pour la recharge des véhicules électriques. En outre, Klein Tools propose un panneau solaire pliable de 60 W qui permet de recharger rapidement les chargeurs portables, les stations de recharge et les batteries portables.

Enfin, IEEE Spectrum fait état d'une « lutte entre le nitrure de gallium (GAN) et le carbure de silicium (SiC) pour la domination des technologies vertes ». La publication indique également que « quel que soit le composé qui sortira vainqueur, les réductions de gaz à effet de serre se chiffreront en plusieurs milliards de tonnes ». Ceci est principalement dû au fait que le GaN et le SiC sont plus efficaces que les composants traditionnels en silicium. Ces matériaux ont déjà permis de réduire de 30 à 40 % la consommation d'électricité dans le secteur de l'éclairage. Par conséquent, ces matériaux commencent maintenant à être intégrés dans d'autres applications électroniques.

Pour plus d'informations sur le GaN et le SiC et les avantages environnementaux qu'ils présentent par rapport aux transistors traditionnels en silicium, visionnez le webinaire : Quelle technologie à large bande interdite est la mieux adaptée à votre application à haut rendement ?