C’est bien la raison pour laquelle ADIMAS, dont l’activité comprend la valorisation des métaux des déchets de production de l’industrie électronique/connectique, s’y intéresse.
Partenaire stratégique de nombreuses filières industrielles telles que l’automobile, l’aéronautique, le spatial, la défense, le médical, les télécommunications ou les objets connectés, l’électronique se positionne au cœur de la transformation numérique et énergétique de la société.
Quels métaux dans l’industrie électronique/connectique et pourquoi ?
Le tableau ci-dessous présente les principales propriétés et domaines d’utilisation des métaux de l’industrie électronique/connectique :
Dans l’industrie électronique/connectique, les métaux, qu’ils proviennent de l’exploitation minière ou du recyclage, ont en effet deux rôles majeurs à remplir :
- Être de bons conducteurs électriques (la conductivité électrique est la capacité d’un matériau à laisser passer et conduire le courant électrique).
- Constituer un bon revêtement.
Les métaux l’industrie électronique/connectique doivent aussi présenter un bon rapport qualité/prix suivant les cours des métaux.
Voici les propriétés de ces métaux les plus utilisés dans l’industrie de l’électronique/connectique (1, 2, 3, 4, 5, 6) :
Les métaux conducteurs de l’industrie électronique/connectique
Les grands critères qui font un conducteur exploitable en électronique/connectique sont les suivants :
- Une grande conductivité électrique,
- Une bonne ductilité (pour pouvoir modeler de petits éléments)
- Un bon rapport qualité-prix suivant les cours des métaux.
L’argent se place en première place sur la liste des meilleurs conducteurs. Cependant il n’est pas le plus utilisé parmi les métaux conducteurs de l’industrie électronique/connectique, notamment à cause de son prix.
Le cuivre se place en 2ème position en termes de conductivité, il a l’avantage d’être moins coûteux et est plus facile à manipuler que l’argent.
L’or, dont la qualité inégalée par les autres métaux de l’industrie électronique/connectique est sa résistance chimique à l’oxydation et à la corrosion est encore plus cher que l’argent.
L’or est aussi extrêmement ductile. La combinaison de ses propriétés en fait surtout un revêtement idéal pour certaines applications électroniques qui réclament un revêtement conducteur, mais aussi pour des applications à taille réduite comme dans les microprocesseurs.
L‘aluminium est presque aussi bon conducteur que l’or (5). On le retrouve principalement dans des applications connectiques.
Mais finalement, c’est le cuivre qui est aujourd’hui le métal le plus utilisé dans l’industrie électronique/connectique en tant que conducteur électrique.
LE CUIVRE
Le cuivre est un excellent conducteur électrique.
Bien que sa valeur ait sensiblement augmenté dans les dernières années, il reste moins coûteux que l’argent, qui est son seul véritable concurrent pour sa conductivité.
Il est également très ductile. On peut facilement le modeler, sans risque de le casser, pour toutes ses applications.
C’est un excellent conducteur thermique, ce qui permet une évacuation facile de la chaleur générée par effet Joule.
Tout cela fait du cuivre le métal le plus utilisé dans l’industrie électronique/connectique en général, que ce soit dans des fils, des circuits imprimés, des composants électroniques, etc.
Il s’oxyde au contact de l’air, il est donc nécessaire de le recouvrir pour conserver ses qualités électroniques. Pour cela, des matériaux résistants à l’oxydation et la corrosion sont employés, notamment le nickel et l’or, qui sont aussi des conducteurs.
Principales utilisations du cuivre :
Considéré aujourd’hui comme un « or rouge », ce métal est très prisé, notamment dans la fabrication d’équipement (32 %), comme le montre ce graphique (données 2020) (6).
L’ARGENT
L’argent est le meilleur conducteur électrique parmi les métaux de l’industrie électronique/connectique.
Pourtant, il n’est pas le plus utilisé. Il ne présente pas une conductivité suffisamment supérieure au cuivre (63 MS.m-1 contre 59,6 MS.m-1) pour justifier son coût, trop élevé pour en faire le matériau de base de l’électronique.
L’argent s’oxyde au contact de l’air : il ternit car les atomes d’oxygène et d’argent se lient à sa surface.
Il en résulte une couche sombre qui impacte ses propriétés électriques par effet de peau, de la même manière que le cuivre.
Principales utilisations de l’argent :
Contrairement à l’or qui l’est principalement en joaillerie, l’argent est principalement utilisé dans l’industrie et autres applications techniques (7).
Dans l’industrie connectique/électronique, il sert dans les soudures, les brasures, les semi-conducteurs, etc.
31% de la demande provient des industries et 26% provient d’investissement.
Au même titre que l’or, ce métal blanc est aussi une valeur d’investissement convoitée. Il est le deuxième métal précieux le plus échangé sur les marchés.
Les métaux de revêtements dans l’industrie électronique/connectique
Les solutions de revêtement sont un sujet complexe. Le plus souvent on utilise des alliages, dont les compositions sont étudiées en fonction des besoins propres à chaque application.
On peut tout de même dégager des tendances :
- Un revêtement sert à protéger un substrat des agressions possibles (usure, corrosion, oxydation…), sa résistance chimique et mécanique est donc le premier critère.
- Le rapport qualité-prix est crucial, on applique d’ailleurs des couches les plus petites possibles, par économie.
- Pour des applications électroniques, la conductivité entre en jeu à cause de l’effet de peau : l’électricité dans un conducteur passe davantage dans ses bords, et donc dans le revêtement.
Le palladium résiste mieux à l’usure mécanique, bien que moins conducteur. On peut le retrouver déposé en couche extérieure des circuits dorés, où il sert à protéger l’or sans gâcher ses propriétés électroniques.
L’OR
L’or est durable chimiquement et conducteur, mais très coûteux et peu résistant mécaniquement. En dehors des applications dans l’industrie électronique/connectique de pointe, on ne le trouve qu’en infimes quantités de métal (très fines couches de quelques micromètres). (8)
Il est employé dans des applications qui requièrent une grande ductilité ou une forte résistance à la corrosion et l’oxydation. En effet l’or pur est mou et inaltérable : il ne ternit pas et ne se dissout que dans des solutions spécifiques, comme l’eau régale.
Il est pratiquement employé qu’en très fins fils et couches. Une sous-couche d’un autre métal est souvent appliquée pour économiser l’or (cuivre, nickel).
Principales utilisations de l’or :
« En 2020, la demande d’or à des fins d’investissement a atteint 47 %, dépassant la joaillerie comme utilisation principale à 38 %. » (Plaquettes, lingots, pièces d’or). Le reste a été consommée par les banques centrales et dans les technologies. (8)
LE PALLADIUM
Le palladium est un métal malléable, mou et assez semblable au platine. C’est le moins dense des platinoïdes (ruthénium, rhodium, osmium, iridium et platine), il possède le plus faible point de fusion d’entre eux.
Ce métal possède la capacité rare d’absorber jusqu’à 900 fois son propre volume de dihydrogène à température ambiante.
Ses caractéristiques le rendent adapté à plusieurs applications. Entre autres, il ne ternit pas au contact de l’air. Il conduit l’électricité, mais tout de même bien moins que les meilleurs conducteurs comme l’argent, le cuivre ou l’or.
Le palladium est plus résistant à l’usure que d’autres métaux utilisés en électronique et connectique.
Principales utilisations du palladium :
Ce métal précieux est principalement utilisé par l’industrie automobile, pour la fabrication des pots catalytiques des voitures à essence.
Il sert de catalyseur pour transformer les émissions de CO2 en aidant à dissocier très efficacement le dioxygène O2 en atomes O* (radicaux libres) qui attaquent et décomposent les composés nocifs.
Il est aussi utilisé dans l’électronique, dans la fabrication d’ordinateurs et de smartphones, dans des puces, circuits imprimés, circuits intégrés, etc…
Le palladium est aussi, par exemple, employé dans les cartes à puce. En somme, le palladium fait partie des métaux apprécié dans l’industrie électronique/connectique car on peut en faire des contacts électroniques performants et qui résistent à une friction répétée.
Le palladium sert aussi d’électrode dans les piles à combustible, où il est très utile pour sa faculté à capter le dihydrogène. Cependant, il est trop coûteux pour une application industrielle. Le palladium est également employé dans les alliages dentaires et en joaillerie.
Le graphique ci-dessous illustre les principales utilisations des métaux du groupe du platine à l’échelle mondiale, en 2020 (9)
LE NICKEL
Il permet de modérer les coûts des revêtements, utilisé seul, en sous-couche ou en alliage avec d’autres métaux plus onéreux. (10)
Le nickel est un métal gris, abondant, résistant à la corrosion, à l’oxydation et à l’usure. Il est très répandu du fait de son bon rapport qualité/prix.
Principales utilisations du nickel :
Il est utile comme revêtement électrolytique : déposé sur des métaux vulnérables, il les protège de la corrosion et sert souvent de couche intermédiaire entre deux métaux pour éviter qu’ils ne se diffusent l’un dans l’autre, par exemple l’or et le cuivre.
Le diagramme ci-dessous indique les principales utilisations industrielles du nickel en 2020.
Le nickel sert principalement à la fabrication de l’acier inoxydable (72 %) (10) mais aussi dans d’autres types d’alliages. Les alliages de nickel sont très peu déformables, leurs propriétés physiques et chimiques varient peu avec la chaleur.
L’ETAIN
Métal de l’industrie électronique/connectique malléable et ductile, gris argenté, rare et cher, connu depuis l’Antiquité, l’étain pur a servi principalement à la fabrication d’objets et de pièces de vaisselle. Les usages de l’étain s’appuient sur sa grande fusibilité, sa faible dureté, sa résistance à la corrosion, sa mouillabilité et sa facilité à former des alliages. (1)
Principales utilisations de l’étain :
L’étain est un métal couramment utilisé dans l’industrie électronique/connectique en fine couche (1 à 5μm) dans l’objectif de protéger de la corrosion. Ce procédé s’appelle l’étamage.
L’étain est très souvent utilisé sous forme d’alliage tel que Cuivre – Étain (Bronze) et Plomb – Étain pour les brasures.
Les alliages d’étain totalisent à eux seuls ¾ de sa consommation mondiale.
L’étain est utilisé dans le secteur alimentaire, l’industrie automobile, en construction mécanique et dans l’industrie connectique/électronique (cartes mères = circuits imprimés, connexion, écrans…).
Sources
