E-déchets et innovation : la valorisation d’un trésor caché

Juin 2014

Par Irene Kitsara, Division de l’accès à l’information et aux savoirs, OMPI

Les “e-déchets”, ces rebuts d’équipements électriques et électroniques en fin de vie – en gros de tous ces produits pourvus d’un câble que nous utilisons dans nos bureaux et nos maisons – sont ceux dont le volume connaît la croissance la plus rapide dans le monde. L’initiative du partenariat public-privé “Résoudre le problème des e-déchets” (StEP), mené par les Nations Unies, estime en effet que ce dernier augmentera de quelque 33% d’ici 2017, pour atteindre 65,4 millions de tonnes, soit l’équivalent de 11 pyramides de Gizeh. Le développement fulgurant de l’électronique a ouvert de nombreux débouchés et grandement amélioré notre qualité de vie.

L’innovation technique dans ce domaine a toutefois pour défaut de créer, de par son rythme et son ampleur, une montagne grandissante de déchets, alimentée par notre appétit insatiable de technologies toujours plus nouvelles ainsi que par l’adoption massive à travers le monde de dispositifs peu coûteux – le taux de pénétration du téléphone portable cellulaire, pour ne donner que cet exemple, est de 96%. Sur les 50 millions de tonnes d’équipements mis au rebut chaque année sur la planète (notamment des réfrigérateurs, ordinateurs, ordinateurs portables, téléphones portables, consoles de jeux, équipements musicaux et téléviseurs), 15 à 20% seulement sont recyclés. Les e-déchets restants aboutissent en grande partie dans des pays en développement, où ils sont souvent recyclés par le secteur informel, à l’aide de méthodes rudimentaires présentant des risques considérables pour l’environnement et la santé des populations locales.

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En plus d’être dictée par des impératifs environnementaux et sanitaires, l’élimination responsable des e-déchets est avantageuse du point de vue économique. Ces déchets représentent une source parallèle de métaux de base et de métaux nobles, ce qui en fait une marchandise précieuse. (Photo: Panos/Jacob Silberberg).

Les e-déchets : un cocktail complexe

Contrairement aux autres types de déchets produits par les villes, les déchets d’équipements électriques et électroniques contiennent un mélange complexe de matières dangereuses hautement toxiques et de métaux nobles possédant une valeur économique. Pour récupérer ces précieuses ressources en évitant des incidences sociales ou environnementales peu souhaitables, il faut mettre en œuvre des techniques de traitement de pointe, car un appareil électronique évolué peut contenir jusqu’à 60 éléments du tableau périodique. Pour les recycleurs, cela représente à la fois des contraintes et des possibilités.

La liste des substances toxiques comprend le cadmium (Cd) présent dans les tubes cathodiques des moniteurs d’ordinateurs, le mercure (Hg) utilisé dans les écrans plats, le plomb (Pb), le béryllium (Be), les retardateurs de flamme bromés, les polychlorobiphényles (PCB) et les matières plastiques, y compris le polychlorure de vinyle (PVC) utilisé dans les couvercles, les câbles et les connecteurs. Les risques environnementaux et sanitaires liés à l’augmentation du volume des déchets électriques et électroniques et à leur élimination ont poussé les décideurs à consacrer une plus grande attention à l’élaboration de pratiques plus responsables concernant la manière de se débarrasser de ces déchets.

Si elle est dictée par des impératifs environnementaux et sanitaires, l’élimination des e-déchets est également avantageuse du point de vue économique. On assiste en effet à une prise de conscience de plus en plus large de la valeur qu’ils représentent. Les dispositifs électroniques constituent une source parallèle de métaux de base tels que le cuivre (Cu) et l’étain (Sn), de métaux spéciaux tels que le cobalt (Co), l’indium (In) et l’antimoine (Sb) ainsi que de métaux nobles tels que l’argent (Ag), l’or (Au), le palladium (Pd) et le platine (Pt). Les quantités de ces matières utilisées dans chaque appareil sont minimes – par exemple 250 mg d’argent dans un téléphone portable –, mais lorsque l’on considère que le nombre d’exemplaires vendus dans le monde se chiffre en centaines de millions, on comprend que la récupération et le recyclage de téléphones portables et autres dispositifs électroniques mis au rebut ou obsolescents présentent un intérêt économique évident.

Suivre l’innovation dans le domaine des e-déchets

Le Secrétariat de la Convention de Bâle sur le contrôle des mouvements transfrontières de déchets dangereux et de leur élimination a demandé récemment l’aide de l’OMPI aux fins d’établissement d’un rapport panoramique sur les brevets de technologies relatives aux déchets électriques et électroniques destiné à lui fournir, dans le cadre de ses efforts de promotion du respect de l’environnement dans l’élimination et le recyclage de ces déchets, une meilleure idée des techniques de recyclage et de récupération existant dans ce domaine.

Publié en décembre 2013, ce rapport fait un inventaire exhaustif des technologies disponibles en matière de recyclage et de récupération des déchets électriques et électroniques, dans la mesure où elles sont décrites dans des documents de brevet axés sur les téléphones portables et les équipements informatiques en fin de vie. Il fournit une vue d’ensemble de l’innovation dans ce secteur, recense les tendances observables de l’activité en matière de brevets et met en lumière le cycle de développement des technologies, la répartition géographique de l’innovation, les thèmes de la recherche et ses principaux acteurs, études de cas à l’appui, concernant la recherche-développement dans les domaines des e-déchets et connexes.

Le rapport analyse les demandes de brevet relatives au recyclage de déchets électriques et électroniques dans trois catégories principales, à savoir les technologies de recyclage ou de récupération de matériaux tels que le plastique ou les métaux, les sources d’e-déchets et traitements s’y rapportant (par exemple batteries, câbles et circuits imprimés) et les procédés et moyens logistiques de traitement d’e-déchets, par exemple le tri magnétique.

L’innovation dans le secteur des e-déchets : une affaire asiatique

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Infographique: Recyclage des déchets électroniques PDF, Patent Landscape Report, E-Waste Recycling Technologies

Selon les indications du rapport, l’activité de dépôt de brevets relatifs aux déchets électriques et électroniques a connu un essor autour de l’année 2000, a ensuite ralenti pendant quelque temps, puis a repris vers 2010. Le gros de l’innovation dans ce secteur se concentre en Asie (suivie de l’Europe et des États-Unis d’Amérique), et les portefeuilles de brevets les plus étoffés appartiennent à des entreprises japonaises des secteurs de l’électronique grand public et de la métallurgie telles que Panasonic, Hitachi et Toshiba, qui sont à l’origine de plus de 50% de tous les dépôts de brevets. La Chine, dont l’activité en matière de brevets liés aux e-déchets a septuplé en six ans à peine, devient elle aussi un acteur de premier plan. Les États-Unis d’Amérique ne représentent qu’une faible proportion de l’activité, mais sont très présents dans le domaine de la récupération des terres rares.

Un grand nombre des brevets déposés sont toutefois nationaux ou limités à un seul territoire. Par exemple, sur les 1430 brevets déposés en premier lieu en Chine, 15 seulement ont fait l’objet d’un dépôt auprès d’un autre office. Selon les auteurs du rapport, cela pourrait s’expliquer par le fait que les entreprises asiatiques n’ont pas vraiment besoin de protéger leur technologie en Europe et aux États-Unis d’Amérique, parce que le gros du traitement des déchets d’équipements électriques et électroniques est effectué en Asie.

Ils laissent aussi entendre que la stratégie des entreprises asiatiques consiste à procéder par “arrosage”, c’est-à-dire à déposer un plus grand nombre et une plus grande diversité de technologies, à des fins plus spéculatives. À l’inverse, en Europe, au Japon et aux États-Unis d’Amérique, où les brevets sont le plus souvent déposés pour plusieurs territoires, l’accent est mis sur l’élaboration de technologies ciblées, soigneusement préparées et de plus grande valeur, nécessitant des régimes de protection plus larges et plus coûteux.

Les e-déchets : une marchandise précieuse

Le problème posé par les déchets d’équipements et appareils électroniques ne se limite plus aux domaines de l’environnement et de la santé publique. Le rapport met aussi fortement l’accent sur la marchandisation des déchets électroniques et sur l’importante augmentation du nombre de dépôts de brevets relatifs à la récupération des précieux métaux de terres rares (par exemple lanthane, néodyme et praséodyme) couramment utilisés dans les dispositifs électroniques modernes, ainsi que des métaux nobles tels que l’or, l’argent et le platine présents dans ces déchets.

Les données recueillies indiquent que la récupération des métaux de terres rares suscite un intérêt croissant et fait en outre l’objet d’une large protection dans de nombreuses législations. Elles révèlent également une concentration de l’activité en matière de brevets relatifs à l’extraction des terres rares aux États-Unis d’Amérique, ces derniers étant, en chiffres absolus, le plus important détenteur de familles de brevets dans ce domaine. Cela s’explique en partie par le fait que 90% de l’extraction primaire d’éléments de terres rares – qui ne sont pas cotés comme des marchandises sur le marché libre et dont l’exportation est strictement réglementée – se concentre en Chine. Les grands fabricants d’électronique des États-Unis d’Amérique, du Japon et d’Europe ont par conséquent toutes les raisons de chercher ailleurs les terres rares dont ils ont besoin.

Le nombre de dépôts de brevets a plus que doublé dans ce secteur entre 2009 et 2010. Le rapport souligne également l’existence d’une relation entre les flux internationaux de déchets électroniques et la spécialisation des entreprises commerciales dans les pays récepteurs. Par exemple, les demandes de brevet chinoises déposées dans ce domaine concernent plutôt le démantèlement des e-déchets et la séparation des flux de déchets et sont axées sur les composants électroniques tels que les circuits imprimés et les piles, ce qui suppose que le démontage s’effectue avant l’arrivée des déchets en Chine. Selon le rapport, l’innovation en matière de traitement des déchets d’équipements électriques et électroniques se manifeste principalement dans trois secteurs : la décontamination, la séparation chimique et l’extraction de métaux.

Stimuler l’innovation par la réglementation

Le rapport panoramique sur les brevets met également en lumière une corrélation entre changements législatifs et comportements en matière de dépôt de brevets. Par exemple, si les principaux matériaux récupérés à partir des e-déchets sont les matières plastiques et les métaux ferreux, l’extraction de plomb, d’étain et surtout d’argent et de cuivre est en forte augmentation depuis quelques années. L’argent figure en première place parmi les métaux nobles contenus dans ces flux de déchets. L’origine de cette nouvelle tendance semble être la mise en œuvre de la directive européenne 2012/19/UE relative aux déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) et de la directive européenne 2011/65/UE relative à la limitation de l’utilisation de certaines substances dangereuses (RoHS) prévoyant le remplacement, dans les alliages utilisés pour les soudures, du plomb, classé comme dangereux, par des substances telles que l’étain pur neuf, l’argent et le cuivre.

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(Photos: EMPA_e-waste)

Le rapport révèle une forte croissance de l’activité en matière de brevets portant sur des technologies relatives au démantèlement des piles et accumulateurs et au cadmium en tant que déchet dangereux, à l’utilisation de bandes transporteuses dans la logistique des e-déchets et les opérations de tri des flux de déchets, ainsi qu’à la récupération des matériaux de terres rares. Pour ce qui est des dispositifs mobiles, qui sont étroitement liés aux équipements informatiques dans la documentation en matière de brevets, les secteurs en croissance en matière de récupération de déchets concernent principalement les composants, l’accent étant mis de plus en plus sur les déchets de batteries et de circuits imprimés, l’utilisation de techniques de séparation chimique, la décontamination des flux de déchets de dispositifs mobiles et la récupération d’argent dans ces derniers.

Les métaux de terres rares

Les métaux de terres rares sont utilisés en faibles quantités dans la quasi-totalité des dispositifs électroniques grand public pourvus de lasers (par exemple les lecteurs de DVD) ou d’écrans phosphorescents. On les trouve également dans les composants magnétiques (par exemple haut-parleurs, écouteurs ou disques durs), les batteries et le verre utilisé en optique, par exemple pour les objectifs photographiques.

La demande pour ces métaux est appelée à croître proportionnellement au taux de pénétration des appareils électroniques sur les marchés mondiaux.

La Chine assure 90% de la production mondiale de terres rares.

Exemple de métaux de terres rares :

  • Néodyme – utilisé dans de nombreux dispositifs magnétiques tels que microphones, haut-parleurs et composants de disques durs.
  • Yttrium, terbium, europium – utilisés pour leurs propriétés phosphorescentes dans différents types d’écrans.
  • Lanthane – utilisé dans les électrodes des accumulateurs nickel-métal-hydrure comme ceux des véhicules hybrides.

Les principaux déposants de brevets sont majoritairement de grandes entreprises, et il est intéressant de souligner que 21 de ces entreprises représentent à elles seules plus de 25% du total de l’activité en matière de brevets et que le plus important portefeuille de brevets de ce domaine est détenu par la société Panasonic. Les premiers rangs des déposants commerciaux sont occupés par de grandes entreprises d’électronique grand public, mais comptent aussi des sociétés dont la première raison d’être est l’extraction de métaux, telles que JX Nippon, Mitsui Mining and Smelting et Kobe Steel, ce qui indique bien que les déchets d’équipements électriques et électroniques sont de plus en plus reconnus comme une marchandise de grande valeur. Les entreprises japonaises sont, dans leur ensemble, les plus prolifiques en matière de dépôt de brevets, et parmi celles du secteur de l’électronique grand public, un grand nombre sont titulaires de technologies de recyclage de matières plastiques, d’où l’on peut déduire que le traitement des déchets d’équipements électroniques a toujours constitué pour elles une préoccupation essentielle.

Le rapport recense par ailleurs un certain nombre d’initiatives d’établissement de réseaux nationaux de recyclage de la part d’entreprises manufacturières désireuses de mettre à la disposition des consommateurs des solutions de recyclage pratiques. Par exemple, depuis octobre 2007, l’Electronic Manufacturers Recycling Management Company (MRM), appuyée par les sociétés Mitsubishi Electric, Panasonic, Sanyo, Sharp et Toshiba, a créé 1800 sites de recyclage à travers les États-Unis d’Amérique et recyclé 380 millions de livres (plus de 172 000 tonnes) d’équipements électroniques. Il s’agit du réseau de recyclage le plus complet des États-Unis d’Amérique.

Au Brésil, dans la Fédération de Russie, en Inde et en Chine, l’activité en matière de brevets relatifs aux e-déchets est surtout le fait de détenteurs de très petits portefeuilles; elle est donc fortement diversifiée et disséminée entre des centaines d’entreprises dans ces pays (et particulièrement en Chine).

Bien que le secteur universitaire et de la recherche ne dépose que 9% des demandes de brevet relatives aux e-déchets, la croissance de son activité en cette matière dépasse celle du secteur commercial. Les instituts de recherche classés aux 30 premiers rangs dans le rapport panoramique sont tous basés en Asie, la position de tête étant occupée par la Chine. L’arrivée d’établissements tels que l’Institut national de technologie et d’évaluation (NITE) du Japon et de l’Institut des sciences de la Terre et des minéraux de la République de Corée est une preuve supplémentaire de l’importance que revêtent les déchets d’équipements électriques et électroniques en ce qui concerne la récupération de minéraux et de métaux. Les institutions de recherche les plus actives en dehors de celles de l’Asie sont la Fraunhofer Gesellschaft en Allemagne et le CNRS (Centre national de la recherche scientifique) en France.

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Selon l’initiative du partenariat public-privé “Résoudre le problème des e-déchets” (StEP) mené par les Nations Unies le volume des e-déchets généré chaque année augmentera de quelque 33% d’ici 2017, pour atteindre 65,4 millions de tonnes – l’équivalent de 11 pyramides de Gizeh. (Photo: iStock © NickolayV.)

Dans notre monde de plus en plus connecté, tout indique que la montagne de déchets électroniques que nous produisons chaque année ne cessera pas d’augmenter. On constate cependant, comme l’indiquent les conclusions du rapport panoramique sur les brevets relatifs aux e-déchets, que des entreprises commencent à prendre conscience du potentiel économique lié à l’exploitation des flux de ces déchets et à élaborer des techniques permettant d’extraire le maximum de valeur des dispositifs électroniques mis au rebut. Le secteur en pleine évolution du recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques connaît une innovation accrue, stimulée par cette reconnaissance de la valeur des e-déchets en tant que marchandise dont la récupération, outre les avantages financiers qu’elle procure, contient aussi la promesse de pratiques de recyclage non dangereuses pour l’environnement et d’une amélioration de la santé et de la sécurité des communautés locales des pays récepteurs.

Répartition du nombre d’inventions relatives à la récupération et au recyclage des métaux nobles présents dans les e-déchets

Sources de métaux nobles à récupérer/recycler Nombre d’inventions
Circuits imprimés 238
Diodes électroluminescentes 109
Ordinateurs/ordinateurs portables 87
Fils et câbles 85
Écrans 78
Piles et accumulateurs 65
Équipements de télécommunication 52
Condensateurs 51
Piles à combustible 45
Composants magnétiques 38
Interrupteurs/douilles 35
Appareils ménagers 34
Circuits intégrés 18
Fusibles 9
Résistances 9
Inductances 7
Équipements médicaux 7
Cristaux piézoélectriques 7
Bobines 6
Diodes 6
Transistors 5
Antennes 2
Transformateurs 1

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