Tech

Ecrans LCD : bientôt une pénurie d'indium

ActualitéClassé sous :technologie , informatique , indium

Le prix de cet élément rare grimpe en flèche pour cause d'épuisement des gisements. Il est pourtant indispensable à l'électronique actuelle, en particulier pour la fabrication des écrans plats LCD. Mais une équipe allemande vient de trouver le moyen de le remplacer par du graphène tandis qu'apparaissent des méthodes de recyclage. Ouf.

Schéma de la cellule photovoltaïque réalisée par l'équipe allemande. L'anode en graphène (en haut) et la cathode en or (en bas) enserrent les deux couches de semi-conducteurs photosensibles. © Linjie Zhi/Max Planck Institute for Polymer Research

On ne trouve l'indium qu'en minuscules quantités dans les mines de zinc. Pourtant, sa consommation ne fait qu'augmenter et les géologues estiment qu'à ce rythme les gisements mondiaux seront épuisés dans quelques années, une dizaine tout au plus. Ce métal malléable, ressemblant chimiquement à l'aluminium et au gallium, n'a pourtant été découvert qu'au dix-neuvième siècle et ne s'est trouvé des applications à grande échelle que récemment. Allié à l'acier, il réduit les frottements et l'aéronautique l'utilise parfois. Mais c'est l'électronique qui en fait le plus grand usage, dans les cellules photovoltaïques et dans les écrans plats à cristaux liquides (LCD). Transparent en couche mince, l'indium adhère fortement au verre. Dopé à l'étain (indium tin oxyde, ITO), il représente le matériau idéal pour réaliser les fines électrodes recouvrant un écran LCD.

Banalisés pour les téléviseurs, les ordinateurs, les récepteurs GPS ou les appareils photo, ces écrans ont vu leur production augmenter exponentiellement ces dernières années. Un petit écran plat de quinze pouces en contient un gramme et les plus grandes usines de fabrication en consomment plusieurs tonnes par mois. Il n'aura fallu que quelques décennies pour venir à bout des stocks planétaires. Logiquement, le cours de l'indium grimpe. De 70 dollars le kilo en 2001, il est passé par un pic à 1.000 dollars en 2005 et se négocie aujourd'hui entre 400 et 600 dollars.

Le recyclage devient de plus en plus intéressant, en particulier depuis les dalles LCD. Mais les méthodes habituelles, consistant à baigner l'écran dans de l'acide, sont très polluantes. Au Japon (pays pionnier pour le recyclage de l'indium), Sharp a récemment annoncé avoir mis au point une nouvelle méthode, en collaboration avec le Tokyo Institute of Technology.

Une équipe allemande de l'Institute for Polymer Research (Institut Max Planck) explore une voie différente : le remplacement de l'indium par un autre matériau, en l'occurrence du graphène, cet étonnant cristal bidimensionnel de carbone pur dont l'épaisseur est celle d'un seul atome. On l'obtient à partir du graphite (le matériau des mines de crayons), sous forme de feuilles très minces. Ses propriétés électroniques sont remarquables. Les électrons s'y déplacent librement et rapidement (un trois-centième de la vitesse de la lumière). C'est un excellent conducteur mais la résistance est bien plus élevée que celle d'un métal, de l'ordre de celle d'un semi-conducteur.

Une efficacité démontrée

Cependant, la réalisation et la manipulation des feuilles ne sont pas simples. Leur stabilisation n'a été obtenue qu'en 2004. « Des conducteurs transparents ont déjà été expérimentés, composés de graphène incorporés dans du polystyrène ou de la silice, explique Linjie Zhi, co-auteur de l'étude, au magazine Nanowerk. Mais la conductivité reste insuffisante pour en faire des électrodes. »

Les chercheurs allemands sont parvenus à réaliser des structures directement à partir d'oxyde de graphite. La réduction (au sens chimique du terme) est assurée par une élévation de température, qui évacue l'oxygène. « Les feuilles obtenues sont épaisses de 10 nanomètres, explique Linjie Zhi, montrent une grande conductivité et une transparence est de 70 % dans la bande 1.000 à 3.000 nanomètres. » Elle est de 80 % dans le visible et de 100 % dans l'infrarouge proche.

Pour démontrer les possibilités de ce matériau, l'équipe a réalisé une cellule photovoltaïque avec une anode en graphène et une cathode en or. Son efficacité est moindre que celle des classiques cellules à semi-conducteurs mais sa réalisation étant assez simple, l'équipe voit dans le graphène un bon candidat pour remplacer l'indium dans les cellules photovoltaïque mais aussi dans les écrans LCD, voire Oled.

De quoi seront constitués les écrans dans dix ans, de graphène, d'indium recyclé ou d'un autre candidat encore à trouver ? Il est trop tôt pour le savoir mais il semble bien que l'électronique survivra à l'épuisement de gisements d'indium...

Cela vous intéressera aussi