Un capteur biodégradable surveille les marchandises sensibles

Chaque jour, d’importants flux de marchandises circulent autour du monde. Il comprennent notamment de cargaisons particulièrement délicates, telles que certains vaccins, médicaments et produits alimentaires. Pour garantir que ces produits arrivent à destination en toute sécurité, ils doivent être maintenus dans une certaine plage de température tout au long de la chaîne d’approvisionnement. Mais il est coûteux et non durable d’équiper chaque cargaison de capteurs et de puces pour la communication sans fil à base de silicium.

Des scientifiques de l’EPFL, de l’Empa et du CSEM ont relevé ce défi dans le cadre d’un projet de quatre ans nommé GREENsPACK. Ils ont créé une étiquette intelligente imprimée, sans puce et sans fil, capable de détecter si un seuil donné de température a été dépassé. Ce petit autocollant est exempt de silicium et constitué de matériaux biodégradables. Le projet a été financé par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) et Innosuisse dans le cadre du programme BRIDGE Discovery.

«Notre étiquette intelligente peut contribuer à un Internet des objets plus durable, de la sélection des matériaux à la réduction des déchets grâce à la fabrication additive, en passant par le compostage en fin de vie», explique Danick Briand du Laboratoire des microsystèmes souples (LMTS), dirigé par Herbert Shea, de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL. Danick Briand est coauteur de l’article qui décrit le dispositif, récemment publié dans Nature Communications.

Des circuits durables dotés d’une mémoire

L’équipe du LMTS a fabriqué le capteur sur un substrat composite de biopolymère et de fibres de cellulose développé à l’Empa, en se basant sur une conception et une technologie de lecture mise au point au CSEM. Pour fonctionner, l’étiquette n’a pas besoin de batterie ni d’émetteur à puce de silicium. Elle repose sur un résonateur électrique sans fil composé de pistes de zinc hautement conductrices et stables protégées par une cire naturelle. Lorsque ces circuits sont exposés à un champ électromagnétique, provenant par exemple d’un lecteur d’étiquettes sans fil, une résonance est produite que le lecteur peut décoder. Si le seuil de température est dépassé, une huile solide biosourcée fond sur le circuit, modifiant cette résonance. Lors de la lecture suivante, l’étiquette indiquera clairement que la cargaison a été exposée à une température trop élevée.

En 2022, le monde a produit 62 mégatonnes d’e-déchets, soit l’équivalent de 16 tours Eiffel par jour. Seuls 22% sont correctement recyclés.

Différents seuils de température peuvent être fixés en fonction du type d’huile utilisée, notamment les huiles d’olive, de jojoba et de noix de coco congelées, qui fondent à différentes températures, déclenchant des changements irréversibles de fréquence de résonance. Une fois fondue, l’huile est absorbée par un matériau cellulosique placé en dessous, ce qui permet à l’étiquette de fonctionner de manière fiable, quelle que soit son inclinaison.

James Bourely et Nicolas Fumeaux, coauteurs et chercheurs du LMTS, espèrent que leur technologie contribuera à lutter contre le problème environnemental croissant des déchets électroniques.

«Ces travaux représentent une plateforme technologique verte pour fabriquer des circuits imprimés durables, et, par conséquent, contribuer à réduire la quantité de déchets électroniques, ce qui est une préoccupation environnementale majeure: en 2022, le monde a produit 62 mégatonnes d’e-déchets, soit l’équivalent de 16 tours Eiffel par jour. Seuls 22% sont correctement recyclés.»