L’électronique éphémère, une solution durable ?

Que se cache-t-il vraiment derrière le concept « d’électronique éphémère », développé par une équipe de scientifiques de l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign ? Présentée comme révolutionnaire et comme une solution éco-friendly à l’accumulation et à la pollution engendrée par les appareils électroniques ne fonctionnant plus ou tout simplement obsolètes, se pourrait-il que des universitaires américains aient trouvé une parade écologique simple et durable ?

Un peu plus qu’un simple concept

« L’électronique éphémère », développée par Suk-Won Hwang et son équipe du campus d’Urbana-Champaign, se trouve pourtant déjà à un stade un peu plus avancé que si ce n’était qu’un simple concept. L’équipe de scientifiques américains a en effet annoncé, dans un article publié dans la revue de référence Science, avoir mis au point le matériel nécessaire à la conception de circuits électroniques pouvant se dissoudre et disparaitre, circuits dont la durée de vie, limitée, pourra être programmée à l’avance. L’incidence sur la durée de vie du circuit électronique serait telle que ces derniers pourraient, d’après les chercheurs, avoir une longévité allant de seulement quelques jours – voire quelques minutes ! – jusqu’à plusieurs années. Définir la durée de vie d’un appareil en fonction de son utilisation, voilà un concept qui n’a rien de nouveau, mais qui prend ici une toute autre mesure.

Combinaison de soie, de silicium et de magnésium

Les circuits électroniques éphémères, à proprement parler, sont composés d’un mélange de soie provenant de la chenille du bombyx du murier (le fameux ver à soie), de silicium poreux ainsi que de magnésium sous forme d’électrodes. C’est la soie qui sert ici d’ossature à l’ensemble, structure sur laquelle viennent se placer des couches extrêmement fines de silicium poreux (fabriquées à partir de substrat monocristallin, par anodisation électrochimique) et le magnésium. C’est encore la soie qui sert à déterminer le taux de dissolution du circuit et des différents composants électroniques.

Vitesse de dissolution

Coauteur de l’article, Fiorenzo Omenetto, ingénieur en biomédecine à l’université Tufts près de Boston, dans le Massachusetts, est parvenu à comprendre comment ajuster au mieux les propriétés des protéines contenues dans la soie, afin que celle-ci se dégrade suivant une palette d’intervalles particulièrement large. La soie est d’abord dissoute, puis elle est ensuite recristallisée. En contrôlant le processus de recristallisation, Omenetto et les chercheurs peuvent alors avoir une incidence significative sur la future dissolution du circuit ou des composants électroniques, incidence suffisante pour contrôler la vitesse de dissolution et donc contrôler la durée de vie du circuit électronique.

Biocompatibilité des circuits ?

La composition des circuits ainsi élaborés permettrait donc à l’ensemble de se composter facilement, renvoyant à la préhistoire de l’électronique les déchets métalliques et autres déchets électroniques auxquels nous sommes tristement habitués. Un circuit électronique – ainsi qu’un boitier adapté – se dégraderait donc sans difficulté, jusque dans… le corps d’un être vivant. Les matériaux sont effet biocompatibles et, parce qu’ils sont très fins et solubles, peuvent se dissoudre dans une quantité d’eau particulièrement faible.

Composé uniquement de matériaux biodégradables à base de soie, de silicium poreux et de magnésium, boosté avec une substance antibactérienne, les chercheurs ont mis au point un dispositif thermique permettant de contrôler une infection chez un rongeur, dispositif comprenant l’un de ces fameux circuits électroniques innovants, ainsi qu’un boitier dégradable. Lors d’un test majeur de biocompatibilité de cette nouvelle plateforme, l’équipe de Hwang et d’Omenetto a implanté le fameux dispositif dans une souris, dispositif dont la décomposition était programmée par sa durée de vie définie, en étant tout simplement exposé aux fluides corporels du rongeur.

La plateforme a été implantée dans une zone infectée, et après trois semaines d’études et d’attente, les chercheurs ont non seulement constaté que l’infection avait presque disparu, mais également qu’on ne pouvait détecter l’implant que sous la forme de résidus, les pièces ayant rapidement été réduites à peau de chagrin.

De nombreuses applications

La découverte de la biocompatibilité des composants électroniques conçus sous le label « électronique éphémère » ouvre bien sûr tout un nouveau registre d’applications médicales : des implants éphémères pourraient permettre une diffusion médicamenteuse tout en assurant un suivi détaillé en parallèle, version évoluée des implants formés de polymères se dégradant selon la cinétique de diffusion nécessaire pour la délivrance de la dose du médicament prescrit.

Outre l’évident potentiel médical, ces nouvelles plateformes électroniques pourraient servir aussi bien à l’extérieur d’un immeuble que dans des cuves ou containers. Le groupe de chercheurs a par ailleurs déjà mis au point un transistor éphémère, des diodes, quelques capteurs thermiques et autres capteurs de tension, une photorésistance, quelques cellules photovoltaïques, ainsi qu’un récepteur radio, une antenne radio et… un appareil photo digital.

Gestion des déchets

Qu’un appareil électronique soit presque déjà obsolète au moment de l’achat n’y change rien : il est conçu pour durer. Une fois passés à la trappe, ils s’accumulent dans nos maisons, dans les centres de recyclage ou encore dans les décharges. L’électronique éphémère pourrait totalement chambouler notre conception de la gestion des déchets électroniques, et représenter une solution écologique innovante.

Ces recherches ont été rendues possible grâce à des financements de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), agence affiliée au Département de la Défense américain, et chargée de la recherche et du développement des nouvelles technologies destinées à des fins militaires.

Par Rahman Moonzur, journaliste scientifique