Méthode d'évaluation de l'impact environnemental des matières premières

1. Objet

Cette fiche décrit la méthode employée pour évaluer l'impact environnemental des matières premières contenues dans les composants.

2. Méthodologie

2.1 Analyse des déclarations de matériaux

Normes de déclaration des matériaux

Le point de départ est la nomenclature des matériaux contenus dans les composants. Un exemple est basée sur la Material Declaration d'un condensateur au tantale (cf. tableau ci-après).

Type de composant	Référence	Technologie	Boitier / Format	Quantité	Masse unitaire (mg)	Masse totale (mg)
Circuit intégré	LP5907UVX-1.8/NOPB	CMOS	BGA, 4 broches	1	0.4	0.4
Condensateur 2.2uF	C0603C225K9PACTU	Céramique	CMS 0603	2	6.5	13
Circuit imprimé		FR4, 2 couches	3.3 * 5 = 16.5 mm2	1	49.5	49.5

Normes de déclaration des matériaux

Les normes IPC-1752 et IEC 62474 établissent un format d'échange standardisé, basé sur le schéma XML, pour optimiser la circulation des données au sein de la chaîne d'approvisionnement électronique. Elles permettent aux fournisseurs de communiquer précisément la composition chimique et matérielle de leurs composants.

Ces standards facilitent la collecte d'informations essentielles pour garantir la conformité réglementaire (notamment vis-à-vis des directives RoHS et REACH) et soutenir l'éco-conception. Grâce à la Déclaration Complète des Matériaux (FMD - Full Material Declaration), chaque substance et matériau intégré au composant est détaillé, offrant une transparence totale du produit.

Informations

 de la masse des composants

• Circuit imprimé : masse calculée avec l'hypothèse de 2.998 kg/m2 soit 2.998 mg/mm2 (source : base de données CODDE)
  
• Circuit intégré : masse documentée dans laLa déclaration complète desde matériaux (FMD)Material duDeclaration) fabricantest Texasle Instruments
document

de référence. 

Exemple d'un condensateur au tantale

La

sourceméthologie :est https://www.ti.com/materialcontent/en/report?pcid=216326&opn=LP5907UVX-1.8/NOPB

expliquée

avec
• Condensateurun :condensateur de masse documentée59 dansmg la(cf. DataSheettableau duci-après). fabricantLes KEMET
matières

premières

critiques (CRM) sont en gras.

Modélisation de la nomenclature 

Dioxyde

Manganèse

2couches

TypeSous-parties dedu composant	TechnologieMatériaux	Boitier% / Format	Modèle de matériau / procédé des bases de données ACVmassique
Circuit intégréAnode	CMOSTantale	BGA, 4 broches	Modèle spécifique : voir ci-après15.5
	Condensateurs 2.2uF	Céramique	CMS 0603	Modèle5.2 générique de condensateur céramique (CMS ; conforme RoHS ; fabrication en Chine) 8.1
	Circuit impriméArgent	FR4,2.4
Leadframe	Cuivre	13.3
	Zinc	3.3 * 5 = 16.5 mm2	Modèle générique de circuit imprimé (conforme RoHS ; 2.998 mg/mm2 ; fabrication en Chine)

Nickel

Modélisation3.9 spécifique de circuits intégrés

L'approche consiste à exploiter le contenu d'une déclaration de matériaux. Pour le cas présent, on dispose du tableau suivant pour le composant LDO de Texas Instruments.

Device

ComponentEtain	Substance2.1	Amount (mg)	Component Level Percentage %
SemiconductorArgent	8.3
Encapsulation	Verre SiO2	26.4
	Carbone	6.9
	Fer	0.3
Ceramics / Glass	Doped Silicon	0.263699
Sub-Total		0.263699	65,92475
Solder Bump
Copper and Its Alloys	Copper	0.000616
Nickel and Its Alloys	Nickel	0.000062
Other Nonferrous Metals and Alloys	Tin	0.121116
Precious Metals	Silver	0.001479
Sub-Total		0.123273	30,81825
Back Side Coating
Other Inorganic Materials	Silica	0.007174116	55.066899
Other Organic Materials	Carbon Black	0.00022045	1.692128
Other Plastics and Rubber	Imidazole Derivative	4.89629E-05	0.375828
Thermoplastics	Epoxy	0.005584471	42.865145
Sub-Total		0,013028	3,25700
Total		0.4	100

2.2 Impacts environnementaux des matières premières

AL'évaluation partirest réalisée avec la méthode ReCiPe 2016 de lacalcul massed'impacts. deReCiPe laest puceune méthode d'évaluation des impacts (Semiconducteur device), on peut estimer sa surface de silicium en appliquant le ratio de densité du silicium (0.669 mg/mm2). Ensuite dans un logiciel d'ACV (SimaPro ou EIME), on saisit la fabrication de la puce (procédés semi-conducteur "Front-End") et son encapsulationLCIA) dans le boitiercadre d'une analyse du cycle de vie (procédésACV). semi-conducteurLe "Back-End").focus est mis sur l'indicateur d'épuisement des ressources minérales exprimé en kg de Cuivre équivalent par kg de minerai. Le tableau ci-après détaille la correspondance entre les matériaux du circuit intégré et les modèles disponibles dans les bibliothèquesfacteurs de donnéescaractérisation des logicielsprincipaux d'ACV.minerais représentatifs des composants électroniques.

kg

primairedecuivre primairedenickel Wh/gdecircuit: Ecoinvent pour le Back-End des transistors) ; mix électrique Global

MatériauRessource minérale	Valeur	Unité	ModèleCu-éq./kg de matériau / procédé des bases de données ACVminerai
Procédé Front-EndAluminium			1,69E-01
Puce (Doped Silicon)Antimony	0.263699 / 0.699 = 0.377253219	mg	Wafer de silicium; à l'usine de semiconducteurs ; fabrication en Chine5,72E-01
Procédé Back-EndArsenic	1,31E-01
Barite	2,28E-02
Beryllium	7,67E+01
Cadmium	3,20E-01
Cobalt	6,57E+00
Copper	0.0006161,00E+00
Gallium	mg8,38E+01
Germanium	Production3,17E+02
Gold	3,73E+03
Indium	1,03E+02
Iron	6,19E-02
Lead	4,91E-01
Magnesium	7,90E-01
Manganese	8,23E-02
Nickel	0.0000622,89E+00
Palladium	mg4,28E+03
Silicon	Production4,28E-01
Silver	1,53E+02
Tantalum	5,29E+01
Tin	0.121116	mg	Production primaire d'étain5,03E+00
SilverTitanium	0.001479	mg	Production primaire d'argent8,79E-01
EpoxyTitanium Thermoplastics + Silicadioxide	0.012758587	mg	Production de résine plastique renforcée à la fibre de verre5,15E-01
Consommation électrique Tungsten	0.087,78E+00
Zinc	Wh1,53E-01
Platinum-group metals	2003,76E+03
Rare intégréearth (sourcemetals	3,19E+00

2.2

 Phase d'utilisation du cycle de vie

Un scénario est défini pour estimer les impacts de la consommation énergétique des composants pendant leur usage. Pour le présent bloc fonctionnel, on fait l'hypothèse qu'il alimente un dispositif de faible consommation avec les usages suivants pendant une heure :

• mesure pendant 20 s
• transmission pendant 1 s
• le reste du temps en veille pendant 3579 s

Le tableau ci-après résume le bilan énergétique.

	Mesure	Transmission	Veille	Total
Durée (s)	20	1	3579
Iout (A)	2,00E-02	2,50E-01	1,00E-06
Pin (W)	0,075	1,051	4,50E-04
Pout (W)	0,036	0,45	1,80E-06
Rendement	48,3%	42,8%	0,4%
Plost (W)	0,039	0,601	4,48E-04
Pertes sur 1 an (Wh)	1,90	1,46	3,90	7,26
Pertes sur 5 ans (Wh)	9,49	7,31	19,52	36,32

2.3 Interprétation des résultats d'ACV

Les impacts environnementaux des étapes « Matières Premières / Fabrication des composants » et « Utilisation » ont été calculés selon la méthode européenne PEF EF3.1. Pour garantir la robustesse et la fiabilité des résultats, une double modélisation a été conduite en parallèle sur deux logiciels distincts : SimaPro (avec la base de données Ecoinvent) et EIME (avec la base de données CODDE).

La démarche s’est déroulée en deux temps : un contrôle initial a d’abord vérifié la cohérence des données d’inventaire de cycle de vie (ICV) entre les deux environnements pour assurer leur homogénéité de base. Des itérations successives ont ensuite permis d’affiner les modèles jusqu’à l’obtention de résultats d’impacts convergents et bien homogènes entre les deux outils. In fine, les valeurs d’impacts retenues correspondent à la moyenne des résultats issus de chacune des deux modélisations.

Phases de matières premières et de fabrication des composants

Le graphique ci-après illustre la contribution des composants aux différentes catégories d'impacts environnementaux. Pour 14 indicateurs, le circuit intégré contribue à environ 80% des résultats (c'est le procédé de fabrication de la puce semiconducteurs qui est l'explication) . Pour l'indicateur ADP-e (épuisement des ressources abiotiques), on constate que le circuit imprimé contribue à environ 70% du résultat (en raison de la quantité de cuivre). Enfin pour l'indicateur CTUh (toxicité humaine cancérigène), on constate que les condensateurs contribue à environ 80% du résultat.

Pour la suite de l'analyse, on retient les 2 catégories d'impacts qui sont représentatives dans les équipements électroniques : GWP (changement climatique, exprimé en kg CO₂eq) et ADP-e (épuisement des ressources abiotiques, exprimé en kg SBeq - SB est le symbole du métal antimoine).

Avec la même méthode pour les autres montages, on obtient deux tableaux comparatifs des ratios d'impacts dont les valeurs ont été normalisées par rapport à la valeur minimale.

Indicateur GWP

LDO (BGA)	LDO (SOT-23)	LDO puissance	Buck	Boost	Buck-Boost
1,0	1,5	31,7	1,4	4,8	6,0

Indicateur ADP-e

LDO (BGA)	LDO (SOT-23)	LDO puissance	Buck	Boost	Buck-Boost
1,0	3,9	67,4	90,9	113,1	116,6

Phases de matières premières, de fabrication des composants et d'usage

Pour le scénario d'usage, on considère que le Bloc Alimentation reçoit l'énergie électrique du réseau basse tension. Deux réseaux sont modélisés : le mix électrique Français (Electricity mix; Production mix; low voltage; 2022; France, FR) et le mix électrique européen (Electricity mix; Production mix; low voltage; 2022; Europe, EU-27).

Le graphique ci-après montre la répartition des impacts GWP entre les étapes de Fabrication (incluant les matières premières) et d'Utilisation.

Le tableau ci-après illustre la contribution respective de la phase d'usage selon le mix énergétique.

Impacts GWP	LDO (BGA)	LDO (SOT-23)	LDO puissance	Buck	Boost	Buck-Boost
% Use Mix électrique, FR	21,9%	16,2%	2,6%	2,6%	1,8%	1,0%
% Use Mix électrique, EU-27	55,8%	46,4%	10,6%	10,6%	7,5%	4,3%