Polymeres

Passion Plastiques/Polymères pour les Gens. Pourquoi?

<(0)> Parce qu'ils sont légers...

Parce qu'ils sont souples...

Parce qu'ils sont résistant...

Parce qu'ils sont forts ...

Parce qu'ils sont un concentré d'énergie ...

Parce qu'ils sont dans la nature du vivant ...

Parce c'est tout un art de les formuler et de les mettre en forme...

<(oo)> Parce qu'ils permettent de réaliser l'impossible...

Vous êtes-vous déjà sérieusement posé la question de ce que vous feriez sans les plastiques ?

Les polymères:

Ce sont des assemblages de petites molécules (monomères) par des liaisons covalentes en passant par des tailles intermédiaires (oligomères) pour former de longues chaines (macromolécules). Le plus connus sont communément appelés « plastiques », en fait plus précisément des thermoplastiques. Comme vous allez peut-être le découvrir ci-dessous il en existe de nombreuses variétés formés naturellement ou synthétisés a partir de matières premières principalement organiques sous des conditions bien contrôlées. Leur compréhension est largement attribuée à Flory et Carothers..

Les élastomères:

Ils sont plus connus sous le nom de caoutchoucs. Après l’usage du latex coagulé de l’Hévéa par les civilisations d’Amérique centrale, les européens l’on utilise de façon brute pendant plus d’un siècle. Les élastomères sont les premiers polymères à avoir été inventés grâce à la recherche et la découverte du phénomène de vulcanisation par Charles Goodyear en 1839 qui permit son emploi dans les pneumatiques. Les premiers caoutchoucs synthétiques furent développés par Fritz Hoffman (1909) puis par le procédé Buna (1914-18) à base de polybutadiène. Ce sont des macromolécules dont la densité de réticulation est moins grande que
les thermodurcissables leur conférant ainsi des propriétés élastiques. On y retrouve les EPDM, NBR, …, et aussi certains polyuréthanes et silicones (inorganique).

Les thermodurcissables*:

Ce sont les premiers à avoir été synthétisés par Bayer (1872) et identifiés en tant que polymères par Baekeland (1909) d’où le nom de « Bakélite » (Phénoplaste, photo disque ci-dessous). Ils sont constitués de mélanges de monomères monofonctionnels et polyfonctionnels formant un réseau 3D qui soude les différentes chaines entre elles les rendant ainsi plus ou moins dures. Elles ne fondent pas sous l’action de chaleur. Le plus souvent faut ajouter de la chaleur pour leur donner leurs propriétés finales. On y retrouve les aminoplastes (« mélamines »,…), les époxydes* (« epoxy »), les
polyesters* insaturés, les polyuréthanes réticulés*, les alkydes*, et les plastiques traditionnels (PE, PP,…) réticulés par différents procédés..

Les thermoplastiques*:

Ce sont les derniers à avoir été synthétisés mais détiennent la plus grande part des applications. Notamment le polystyrène* par Staudinger(1930), le PVC (1931), les polyoléfines dont le polyéthylène (1937), les polyamides dont le nylon par Carothers (1937-1939), les polyesters saturés* par Dickson et Whinfield (1941). Contrairement, aux précédents ils fondent sous l’action de la chaleur. Depuis ces plastiques sont devenus des commodités. D’autres polymères plus techniques avec des propriétés incomparables ont été développés ensuite comme les polymères fluorés,phénylènes, sulfonés, imides… Après les avoir mis en forme il faut les refroidir.

Les bio polymères*:

Ce sont les premiers à avoir été utilisés industriellement et les derniers à être reconnus comme polymères et certains ont encore de nos jours des structures seulement partiellement comprises. Alors que les marchés des premières catégories sont matures après plus d’un siècle d’industrialisation, le marché de ces derniers ont une croissance à deux chiffres grâce à une transition vers une économie et une croissance durable, et une transition des ressources fossiles vers des ressources renouvelables. Ceux-ci font de nos jours l’objet de recherches actives.

On peut considérer que la ligno-cellulose fut le premier bio polymère utilisé dans l’histoire de l’humanité dans la construction
ou la fabrication d’objets utilitaires en bois. Puis vint les fibres végétales (lin,…) et des produits plus raffinés à partir de la cellulose notamment dans
l’habillement grâce au coton. Puis leurs premières fonctionnalisations (celluloïd 1869, exemple d'application courante: les emballages du fleuriste). Et enfin le caoutchouc (1839) à partir de la sève de l’Hévéa
largement remplacé par les élastomères de synthèse issus de matières premières fossiles depuis les années 50.

D’autres polymères extraits de substances naturelles comme la kératine, la caséine, et autres protéines, chitosan, et polysaccharides ont été utilisés après modification et formulation dans des applications variées.

Dans le domaine de la nourriture les bio polymères naturels et traditionnels les plus importants industriellement sont les agents
gélifiants comme la gélatine ou les pectines ou texturant comme les amidons. Puis ont été introduits des dérivés cellulosiques. Finalement, sont arrivés sur
le marché des d’autres gélifiants comme les extraits d’algues du type agar-agar.

Des techniques d’élevages bactériens produisant directement des bio polymères du type PHA ou PHB ont été mis en œuvre ou
plantation de variétés de plantes produisant ces polymères.

La gamme des bio polymères s’est étendue avec l’utilisation des bio raffineries par craquage et fonctionnalisation de produits ligno-cellulosiques, d’huiles végétales ou de graisses animales, ou transformation de l’amidon. Des techniques de fermentations d’amidon ou de sucre avec des variétés spécifiques de levures pour produire les monomères nécessaires pour la synthèse de bio plastiques. Les PLA, Polycaprolactones,
polybutylene succinate, bio PE, …, sont issus de la polycondensation de ceux-ci. Ils peuvent être considère comme 100% bio car aucun atome de carbone
fossile n’entre dans leur composition. D’autres approchent ont créé des « bioplastiques » hybrides par synthèse entre molécules 100% bio et
molécules de synthèses avec du carbone fossile ou mélange d’amidons modifiés ou ligno-cellulose d’origines variées avec des plastiques traditionnels.

Les moins reconnus d’entre eux n’ont pas de propriétés mécaniques mais sont cela même qui font l’identité de chaque être
vivant : ADN, ARN, protéines.

NB : Tous les bio polymères ou bio plastiques ne sont pas biodégradables ou compostables. Les bio polymères ne sont pas forcément
bio compatibles ou bio résorbables.

Le cas des plastiques oxo-dégradable ou parfois appelés oxo-biodégradables, sont généralement des plastiques de commodité du type PE auquels sont mélangés des additifs pro-oxidant qui créent des radicaux libres accélérant la dégradation de ces plastiques sous l'actions des UV. La décomposition est toutefois lente et l'innocuité envers les etre vivants polycellulaires des débris de décomposition engendrés n'a pas encore (1/09/2015) été démontrée. Toutefois ces additifs rendent ces plastiques non recyclable.

Brevet EP08155235.8: "Polymers produced from polyfunctional alcohols and processes for processing such polymers"

Leurs applications*:

Vous ne les voyez plus mais vous ne feriez plus rien sans eux. Grace à leurs propriétés très variées et leurs associations ils sont dans les objets les plus
courants et les plus sophistiqués et technologiquement avancés.

Leurs atouts:

Parce qu’ils ont des propriétés mécaniques exceptionnelles par rapport à leur densité, parce qu’ils sont faciles à mettre en forme, parce que leurs propriétés sont façonnables par mélanges ou fonctionnalisation, parce qu’ils sont exceptionnellement durables ils ont détrôné nombre de matières traditionnelles. Et ce n’est pas fini. Ils sont écologiquement incomparables(1) par le coût énergétique de leur transformation (à une température 10 fois moins élevée que le verre ou l’acier) et par leur légèreté ils minimisent l’emprunte carbone. L’inconvénient c’est qu’ils sont trop bon marché compte tenu de ces atouts et sont donc utilisés, usés, abusés et disposés n’importe comment.

(1) Une étude faite en 2013 par Franklin associates (http://plastics.americanchemistry.com/Education-Resources/Publications/Impact-of-Plastics-Packaging.pdf) a montré que, en Amérique du Nord, remplacer les emballages plastiques par des alternatives sans plastique demanderait:

- 4,5 fois plus de matériau en poids

- 80% plus d'energie pour leur production

- un accroissement de 130% des effets potentiels sur le réchauffement climatique.

Une étude faite pour l'Europe en 2010 a donné des résultats comparables:

http://www.plasticseurope.org/documents/document/20111107113205-e_ghg_packaging_denkstatt_vers_1_1.pdf

As well as a Product Manager from Platts, London, do you agree with the following statement ? :

« The price to performance ratio of "commodity" plastics has been too low compared to the one of traditional materials leading to a waste of resources, to an overheating economy, and to environmental issues.

Since marketers and consumers cannot possibly be reasonable may their prices remain high in order to develop better designed end products that are more valuable and sells because they are not cheaper but because they are more useful, or they could last longer, be more reusable, or more recyclable. » , Author of this site, 6/05/2015

Codes de recyclage* :

1- PET, Polyéthylène téréphtalate, bien connu pour les bouteilles de sodas.

2- HDPE, polyéthylène haute densité, bien connu pour les bouteilles de lait.

3- PVC, polychlorure de vinyl, bien connu pour les fenêtres et tubes dans le BTP et tuyaux d’arrosages.

4- LDPE, polyéthylène basse densité, bien connu pour les films et anciens sacs plastiques.

5- PP, polypropylène, bien connu pour les flacons de détergents.
6- PS, polystyrène, bien connu pour les isolants, barquettes de nourriture en mousse et pour la vaisselle (gobelets, assiettes, couverts) jetables.

7- Autres

Infos pratiques:

Dans le cadre de mon embauche 50% de mon salaire pourra etre pris en compte par le Crédit Impôt Recherche 2015.