les plastiques dans tous leurs états - free

8
8 TECHNOLOGIE 164 NOVEMBRE-DéCEMBRE 2009 es matières de base des plasti- ques sont des polymères indus- triels, qui, généralement, ne sont pas utilisés à l’état « pur » ; on leur additionne des substances mis- cibles ou non dans la matrice poly- mère. Puis ces mélanges sont moulés, façonnés, le plus souvent à chaud et sous pression, afin de donner un semi-produit ou un objet. Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels, certains présentant des propriétés qui n’avaient jamais été réunies aupara- vant, par exemple la transparence et la résistance aux chocs. Les fabricants offrent une très grande diversité de produits, mais il existe trois grandes catégories de matières plastiques synthéti- ques 1 2 : l Les thermoplastiques l Les thermodurcissables l Les élastomères On peut ajouter à cette classifica- tion les polymères à hautes perfor- mances, notamment les polyimides (PI), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et les silicones (SI). Les thermoplastiques Les thermoplastiques ramollissent sous l’effet de la chaleur. Ils devien- nent souples, malléables, et durcis- sent à nouveau quand on les refroidit. Comme cette transformation est des pièces à fortes exigences méca- niques comme les engrenages et les poulies. Ils sont solides, présentent les qualités de métaux tels que l’acier, l’aluminium ou le zinc. Ils résistent à la plupart des agents chimiques et ont un faible coefficient de frotte- ment. Par contre, ils ont une densité élevée et une assez faible résistance à la température. La recherche vise à augmenter leur résistance au choc pour permettre la réalisation de plus grosses pièces. l Les polyamides (PA) C’est la première matière plastique à haute performance à avoir été mise au point, brevetée et baptisée nylon par DuPont en 1938. Selon la longueur des chaînes, on obtient différents types de PA que l’on dis- tingue par des chiffres : par exemple le PA 6-6 est le nylon. Ce sont des polymères qui offrent un bon compro- mis entre des qualités mécaniques, thermiques et chimiques. Les polyamides sont utilisés pour réaliser des pièces moulées dans l’appareillage ménager, l’outillage 5 et l’automobile, des tapis et des moquettes, de la robinetterie, de la serrurerie, des engrenages, des tex- tiles (lingerie et voilages)… L’un des plus connu est le Kevlar. L’inconvénient principal de tous les polyamides est qu’ils sont hydro- philes, ce qui limite leur usage pour certaines pièces mécaniques. l Le polycarbonate (PC) Le polycarbonate est un matériau qui présente d’excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu’à 120 °C. On l’utilise pour la fabrication des casques de moto ou des boucliers de police. Comme il est très transparent, il sert aussi à la fabrication des CD réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés, et ils sont facilement recyclables. Leurs polymères de base sont constitués de macromolécules linéaires reliées par des liaisons faibles qui peuvent être rompues sous l’effet de la chaleur ou de fortes contraintes. Elles peuvent alors glisser les unes par rapport aux autres pour prendre une forme différente, et, quand la matière refroidit, les liaisons se reforment et les thermoplastiques gardent leur nouvelle forme. Le calandrage (passage de la matière entre deux cylindres chauf- fés), l’extrusion (passage à travers une filière) et le moulage par injection sont les techniques de transformation typiques des polymères thermoplas- tiques, autorisant des temps de cycle relativement courts. Les thermoplastiques représen- tent 80 % des matières plastiques consommées en Europe en 2000, soit plus de 35 millions de tonnes ! Avant transformation, ils se présen- tent sous forme de granulés 3 4 ou de poudres dans un état chimique stable et définitif, car il n’y a pas de modification chimique lors de la mise en forme. Les granulés sont chauffés puis moulés par injection, et le maté- riau broyé est réutilisable. Voici les principales familles de thermoplastiques. l Les polyacétals ou polyoxyméthylène (POM) Les polyacétals ont des propriétés qui les rendent irremplaçables pour Les plastiques inventés au xx e siècle ont remplacé les matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Légers, hygiéniques, durables et faits sur mesure, leurs qualités les ont rendus irremplaçables et omniprésents dans les objets notre vie quotidienne. mots-clés lycée professionnel, lycée technologique, matériaux, postbac, prébac Les plastiques dans tous leurs états STéPHANE GASTON [1] , EN COLLABORATION AVEC CAP SCIENCES [1] Professeur de construction mécanique au lycée Denis-Papin de La Courneuve (93).

Upload: others

Post on 18-Jun-2022

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Les plastiques dans tous leurs états - Free

8 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 9

es matières de base des plasti-ques sont des polymères indus-triels, qui, généralement, ne

sont pas utilisés à l’état « pur » ; on leur additionne des substances mis-cibles ou non dans la matrice poly-mère. Puis ces mélanges sont moulés, façonnés, le plus souvent à chaud et sous pression, afin de donner un semi-produit ou un objet.

Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels, certains présentant des propriétés qui n’avaient jamais été réunies aupara-vant, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.

Les fabricants offrent une très grande diversité de produits, mais il existe trois grandes catégories de matières plastiques synthéti-ques 1 2 : l Les thermoplastiquesl Les thermodurcissablesl Les élastomères

On peut ajouter à cette classifica-tion les polymères à hautes perfor-mances, notamment les polyimides (PI), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et les silicones (SI).

Les thermoplastiques Les thermoplastiques ramollissent sous l’effet de la chaleur. Ils devien-nent souples, malléables, et durcis-sent à nouveau quand on les refroidit. Comme cette transformation est

des pièces à fortes exigences méca-niques comme les engrenages et les poulies. Ils sont solides, présentent les qualités de métaux tels que l’acier, l’aluminium ou le zinc. Ils résistent à la plupart des agents chimiques et ont un faible coefficient de frotte-ment. Par contre, ils ont une densité élevée et une assez faible résistance à la température. La recherche vise à augmenter leur résistance au choc pour permettre la réalisation de plus grosses pièces.

l Les polyamides (PA) C’est la première matière plastique à haute performance à avoir été mise au point, brevetée et baptisée nylon par DuPont en 1938. Selon la longueur des chaînes, on obtient différents types de PA que l’on dis-tingue par des chiffres : par exemple le PA 6-6 est le nylon. Ce sont des polymères qui offrent un bon compro-mis entre des qualités mécaniques, thermiques et chimiques.

Les polyamides sont utilisés pour réaliser des pièces moulées dans l’appareillage ménager, l’outillage 5 et l’automobile, des tapis et des moquettes, de la robinetterie, de la serrurerie, des engrenages, des tex-tiles (lingerie et voilages)… L’un des plus connu est le Kevlar.

L’inconvénient principal de tous les polyamides est qu’ils sont hydro-philes, ce qui limite leur usage pour certaines pièces mécaniques.

l Le polycarbonate (PC) Le polycarbonate est un matériau qui présente d’excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu’à 120 °C. On l’utilise pour la fabrication des casques de moto ou des boucliers de police.

Comme il est très transparent, il sert aussi à la fabrication des CD

réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés, et ils sont facilement recyclables. Leurs polymères de base sont constitués de macromolécules linéaires reliées par des liaisons faibles qui peuvent être rompues sous l’effet de la chaleur ou de fortes contraintes. Elles peuvent alors glisser les unes par rapport aux autres pour prendre une forme différente, et, quand la matière refroidit, les liaisons se reforment et les thermoplastiques gardent leur nouvelle forme.

Le calandrage (passage de la matière entre deux cylindres chauf-fés), l’extrusion (passage à travers une filière) et le moulage par injection sont les techniques de transformation typiques des polymères thermoplas-tiques, autorisant des temps de cycle relativement courts.

Les thermoplastiques représen-tent 80 % des matières plastiques consommées en Europe en 2000, soit plus de 35 millions de tonnes ! Avant transformation, ils se présen-tent sous forme de granulés 3 4 ou de poudres dans un état chimique stable et définitif, car il n’y a pas de modification chimique lors de la mise en forme. Les granulés sont chauffés puis moulés par injection, et le maté-riau broyé est réutilisable.

Voici les principales familles de thermoplastiques.

l Les polyacétals ou polyoxyméthylène (POM)Les polyacétals ont des propriétés qui les rendent irremplaçables pour

Les plastiques inventés au xxe siècle ont remplacé les matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Légers, hygiéniques, durables et faits sur mesure, leurs qualités les ont rendus irremplaçables et omniprésents dans les objets notre vie quotidienne.

mots-clés lycée professionnel, lycée technologique, matériaux, postbac, prébac

Les plastiques dans tous leurs états STéPHANE GASTON [1], EN cOllAbOrATiON AvEc cAP SciENcES

[1] Professeur de construction mécanique au lycée Denis-Papin de La Courneuve (93).

Page 2: Les plastiques dans tous leurs états - Free

8 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 9

Les plastiques dans tous leurs états STéPHANE GASTON [1], EN cOllAbOrATiON AvEc cAP SciENcES

2 les caractéristiques des principales matières plastiques

1 les principales matières plastiques

thermoplastiques

thermodurcissables

ABSacryliques (PMMA)polyuréthane (PUR)

polyuréthane (PUR)

prix < 10

polyéthylène (PE)polypropylène (PP)

polystyrène (PS)PVC

phénoplastes (PF)aminoplastes MF-UF

20 < prix < 40

polyamides (PA)polycarbonates (PC)

polyesters (UP)polyacétals (POM)

polyesters (UP)époxydes (EP)

prix > 50

résines fluorées(PTFE-PCTFE-PVDF)poysulfones (PSU)

PPS

silicones (SI)polyimides (PI)

DE GRANDE DIFFUSION TECHNIQUES À HAUTE PERFORMANCE

Les matières plastiques

Principales matières plastiques

sym

bole

aspe

ct (1

)

dens

ité

tem

péra

ture

s lim

ites

(°C)

caractéristiques mécaniques

Rr (daN/mm2)

E (daN/mm2)

A%

ther

mop

last

ique

s

polyéthylènebasse densité PELD TP-OL 0,92 100 0,5-3 20-40 200-600

haute densité PEHD TL-OP 0,96 120 2-4 80-180 20-80

polypropylène PP TL-OP 0,91 130 3-5 140-200 250-600

polychlorure de vinyle

rigidePVC

TP-OP 1,38 70 4-6 150-350 5-80

souple TP-OP 1,20 70 1-3 1-4 150-450

polystyrène PS TL-OP 1,05 80 3-5 200-320 5-75

ABS ABS TL-OP 1,10 110 1,7-6 200 10,50

poly (méthacrylate de méthyle) PMMA TP-OL 1,20 85 5-8 220-320 4-10

acétate de cellulose CA TP-OP 1,30 90 3-6 80-250 20-50

polyamide PA TP-OP 1,15 160 5-10 90-280 15-300

polycarbonate PC TP-OP 1,20 130 5-7 240 80-120

polyoxyméthylène POM TL-OP 1,40 90 6-7 300 35-75

polytétrafluoroéthylène PTFE OP 2,20+260 –200

2-4 35-80 250-500

ther

mo-

du

rcis

sabl

es

phénoplastes PF TP-OP 1,3 190 3-6 270-480 750

polyesters UP TP-OP 1,2 190 5-15 280-400 250-1500

polyépoxydes EP TL-OP 1,5 280 2-12 250

polyimides PI 1,6 250 2-4 750

silicones SI OP 1-2 230 1

(1) TL : translucide TP : transparent OP : opaque

Page 3: Les plastiques dans tous leurs états - Free

n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 1110 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9

et des DVD, des vitrages des gui-chets à l’épreuve des balles et des phares, feux arrière et clignotants de voiture.

Enfin, sa neutralité physiologique permet son utilisation dans le domaine médical pour la fabrication de maté-riel et de prothèses.

Par contre, il résiste mal aux contacts prolongés avec l’eau, aux agents chimi-ques et aux rayons ultraviolets.

Le polychlorure de vinyle (Pvc) Obtenu par la polymérisation des monomères de chlorure de vinyle, ce polymère est issu d’une réaction chimique entre de l’éthylène et de l’acide chlorhydrique, en présence d’oxygène. Il peut être soit rigide soit souple selon les ingrédients qu’on lui incorpore.

Le PVC rigide, lisse et dur, est utilisé pour les tuyaux de canalisation.

Le PVC souple qui recouvre cer-taines pièces comme les manches de pinces a un aspect brillant. On peut aussi le trouver dans les revêtements de sol… ou les chaussures 6 .

Le PVC est, après le PE, le plas-tique le plus utilisé au monde. Il est largement employé dans l’industrie de l’ameublement et dans le bâtiment ou le génie civil.

Le polyéthylène (Pe) Cette matière plastique représente à elle seule environ un tiers de la production totale des matières syn-thétiques et constitue la moitié des emballages plastiques. Plusieurs mil-lions de tonnes de polyéthylène sont produites chaque année, car c’est un matériau extrêmement polyvalent et important sur les plans écono-mique et écologique. En effet, grâce à sa structure chimique simple, il peut être réutilisé. Au cours de ces dernières années, le recyclage des produits usés en PE a pris de plus en plus d’importance : la moitié du PE constituant les sacs-poubelle en est issu.

Le polyéthylène est translucide, inerte, facile à manier et résistant au froid. Il existe différents polyé-thylènes classés en fonction de leur densité. Celle-ci dépend du nombre

de consigner les bouteilles en PET, car il faut les laver à une température trop haute. Pour cette même raison, on ne peut pas l’utiliser pour les confitures qui sont coulées chaudes dans les pots. Il existe aujourd’hui un nouveau type de polyester plus résistant à la chaleur qui correspond à ce que l’on recherche pour les pots de confiture et les bouteilles consignées. C’est le polyéthylène naphtalate ou PEN.

Le polyméthacrylate de méthyle (PmmA)Plus connu sous le nom commercial de Plexiglas 7 , il a de nombreuses uti-lisations, notamment dans les ensei-gnes et panneaux signalétiques et publicitaires. Transparent et résistant, notamment aux ultraviolets, il trans-met mieux la lumière que le verre, ce qui justifie son usage dans la fabrica-tion des vitres et des fibres optiques (lire l’encadré p. 12).

Le polypropylène (PP) C’est un polymère très polyvalent qui sert à la fois comme thermoplastique et comme fibre. Il est très facile à colorer et n’absorbe pas l’eau.

On en trouve beaucoup sous forme de pièces moulées dans les équi-pements automobiles (pare-chocs, tableaux de bord, habillage de l’habi-tacle) et dans le mobilier de jardin.

Il sert à fabriquer des boîtes à ali-ments qui résistent au lave-vaisselle parce qu’il ne fond pas en dessous de 160 °C 8 .

Le polypropylène est aussi utilisé dans la fabrication de fibres synthéti-ques (tapis, moquettes, cordes, ficelles), et pour les emballages alimentaires en raison de son aspect brillant et de sa résistance (flacons, films, pots). Cepen-dant, le PP film est un des plastiques usuels les plus difficiles à recycler, surtout s’il est imprimé.

Le contrôle de la polymérisation par catalyse permet de jouer sur la structure enfin de produire du poly-propylène élastomère.

Le polystyrène (PS) Le polystyrène est un plastique dur, cassant et transparent. C’est un produit industriel courant largement diffusé,

et de la longueur des ramifications présentes dans le matériau. On dis-tingue deux familles :

l Le polyéthylène basse densité (PEBD)Le PEBD est utilisé dans les domaines les plus divers. Sa densité est infé-rieure à celle de l’eau. Il présente une bonne résistance chimique, il est olfactivement, gustativement et chimiquement neutre pour les denrées alimentaires. Il est transparent, peut être facilement transformé et se prête très bien au soudage. Sa durée de vie est très longue à cause de sa grande stabilité, mais il se recycle bien.

Les principales applications du PEBD sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs-poubelle, récipients souples (bouteilles de ket-chup, de shampoing, tubes de crème cosmétique…).

l Le polyéthylène haute densité (PEHD)Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On le trouve par exemple dans des bouteilles et des flacons, des poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, des ustensiles ménagers, des boîtes de type Tupperware, des jerricans…

Certains sacs plastiques sont consti-tués de PEHD : lorsque le sac se froisse facilement sous la main, avec un bruit craquant, et revient spontanément à sa forme d’origine, c’est du PEHD ; lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit et se perce facilement avec le doigt, c’est du PEBD.

Le polyéthylène téréphtalate (PeT) C’est un polymère obtenu par la poly-condensation de deux composants : le diméthyltéréphtalate et l’éthylène glycol. Les chaînes vont s’arranger et former des fibres résistantes.

Le PET est surtout employé pour la fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles. L’inventeur des bouteilles en PET, Nathaniel Wyeth, voulait créer une bouteille incassable. Cependant, ce plastique devient mou à moyenne température. Cette propriété empêche

Page 4: Les plastiques dans tous leurs états - Free

n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 1110 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9

chouc naturel). C’est le plus commun de la famille des plastiques styréni-ques, car il est résistant, capable de supporter des impacts plus forts que le polystyrène normal.

Cet ABS est employé par l’indus-trie pour des produits rigides, légers et moulés (bacs à douche).

l Le polystyrène expansé (PSE)Matériau le plus connu de la gamme, ce polystyrène est solide à 20 °C, pâteux à 120 °C et fondant à 160 °C. C’est une sorte de mousse blanche compacte inflammable et combus-tible. Il existe deux types de PSE : le polystyrène expansé moulé (PSE-M), obtenu à partir d’un polysty-rène « expansible », et le polystyrène expansé extrudé (PSE-E).

Une première expansion est opérée à la vapeur d’eau, puis une période de repos permet aux perles de PS préex-pansées de perdre leur excédent d’eau. Enfin, ils subissent une expansion et on les moule à la vapeur dans la forme voulue.

C’est un matériau qui sert à embal-ler les appareils sensibles aux chocs et qui est un très bon isolant ther-mique pour les plaques de doublage des murs.

3 Des granulés de différentes matières

4 la fabrication des granulés

6 Une chaussure en Pvc

5 Des carters d’outillages en polyamide

© B

ASF

© D

R

© D

R

offrant de très nombreux usages. On le reconnaît facilement à un blanchis-sement sur les zones de contraintes avant la rupture ou à sa fumée noire et à son odeur caractéristique lors de sa combustion.

On l’utilise pour fabriquer du mobi-lier, des emballages, des grilles de ventilation, des jouets, des verres en plastique…

On distingue trois types de polys-tyrènes :

l Le polystyrène « cristal » Il n’a pas une structure cristalline, mais porte ce nom en raison de son aspect transparent 8 . Il polymérise sons forme de perles à haute tem-pérature en présence d’un adjuvant plastifiant.

C’est un plastique dur et cassant utilisé pour de nombreux types de boîtes, les boîtiers CD notamment.

l Le polystyrène « choc » Appelé également HIPS (High-Impact PolyStyrene) ou acrylonitrile buta-diène styrène (ABS), c’est un copo-lymère formé par du styrène et du polybutadiène (l’un des premiers élastomères synthétiques à avoir été inventé, car très similaire au caout-

© B

ASF

7 Des chaises en Plexiglas coloré

8 le babycook (panier en polypropylène et bol en polystyrène)

© B

EABA

Page 5: Les plastiques dans tous leurs états - Free

12 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 13

Le plastique a la fibre optique

Le principe de la fibre optique a été développé dans les années 1970.La fibre optique est utilisée pour conduire la lumière entre deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres, le signal lumineux codé par une variation d’intensité étant capable de transmettre une grande quantité d’informations a .

La fibre optique plastique (FOP) se compose de trois éléments concentriques extrêmement fins : le cœur (Ø cœur = 980 μm) en polyméthacrylate de méthyle (PMMA), une gaine ou manteau, et une enveloppe, souvent en Kevlar b .

Lorsqu’un rayon lumineux pénètre dans la fibre, il utilise le principe de réflexion totale, c’est-à-dire que le rayon se réfléchit sur la gaine b .

Plus facile d’utilisation et moins fragile que la fibre silice, la fibre plastique est largement utilisée pour de courtes distances (inférieures à 100 m). Son utilisation est limitée pour des longueurs plus importantes à cause des pertes par absorption.

Radiotéléphone mains libres (ou GSM), système de positionnement GPS, lecteur-chargeur de disques audio (CD) ou vidéo (DVD), écran à cristaux liquides (LCD), système de navigation intégré, etc. : les signaux de tous ces équipements sont multiplexés et transmis par fibre optique plastique dans plusieurs millions d’automobiles de toutes marques.

b la structure d’une fibre optique

© D

R

© ILIAD

© D

R

a Un câble en fibre optique

Page 6: Les plastiques dans tous leurs états - Free

12 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 13

Les thermodurcissables Les thermodurcissables sont des plas-tiques qui prennent une forme défini-tive au premier refroidissement. La réversibilité de forme est impossible, car ils ne se ramollissent plus une fois moulés. Sous de trop fortes tem-pératures, ils se dégradent et brûlent (carbonisation). Les molécules de ces polymères sont organisées en de lon-gues chaînes dans lesquelles un grand nombre de liaisons chimiques solides et tridimensionnelles ne peuvent pas être rompues et se renforcent quand le plastique est chauffé. La matière thermodurcissable garde toujours sa forme en raison de ces liaisons croi-sées et des pontages très résistants qui empêchent tout glissement entre les chaînes.

Le moulage par compression à chaud est le moulage type des polymères thermodurcissables. Il faut éviter la prise en masse (l’atteinte du « point de gel ») de la matière avant que l’opé-ration de moulage soit terminée. Les temps de polymérisation des thermo-durcissables limitent les cadences de production de type industriel.

Les thermodurcissables représen-taient 20 % des matières plastiques consommées en Europe en 2000, soit environ 10 millions de tonnes. Les plus connus sont les polyuréthanes, les polyesters, les phénoplastes, les aminoplastes, les résines époxydes et phénoliques. Au départ, les ther-modurcissables se présentent sous forme de poudres ou de résines qui subissent une transformation chimique au cours de leur chauffage, de leur refroidissement ou par l’action de durcisseurs.

Les aminoplastes (mF et UF) Les résines urée-formol (UF), inin-flammables, résistantes à l’humidité, aux solvants, aux graisses, aux huiles, ont de nombreux usages, notamment dans les peintures, vernis, colles et adhésifs.

Les résines mélanine-formol (MF) sont essentiellement utilisées en stratification sur des textiles plas-tifiés, les panneaux de bois agglo-mérés pour le mobilier de cuisine et les plans de travail.

Ses applications se sont aussi diver-sifiées dans l’industrie, notamment sous forme de films destinés à l’agriculture, aux travaux publics, aux coques et cabines de bateaux, aux carrosseries d’automobiles, aux piscines.

Les polyuréthanes (PUr) Ce sont des matériaux dont les carac-téristiques sont très variées avec une grande diversité de textures et de duretés. Les polyuréthanes (ou poly-uréthannes) sont les polymères les plus utilisés pour faire les mousses. Ils sont formés par l’association d’un isocyanate et d’un alcool.

En fonction des associations chimi-ques réalisées avec différents mono-mères, on peut obtenir des colles, des élastomères, des fibres (Licra), des mousses souples ou rigides grâce à des agents d’expansion, des polyuréthanes solides et compacts que l’on peut ren-forcer par de la fibre de verre.

On les utilise pour fabriquer des matelas, des sièges de voiture 9 , des tableaux de bord, des roues de patins à roulettes ou des chaussures de ski…

Les élastomèresCes polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Un élastomère au repos est consti-tué de longues chaînes moléculaires repliées sur elles-mêmes. Sous l’ac-tion d’une contrainte, les molécules peuvent glisser les unes par rapport aux autres et se déformer.

Pour que le matériau de base pré-sente une bonne élasticité, il subit une vulcanisation. C’est un procédé de cuisson et de durcissement qui permet de créer un réseau tridimen-sionnel plus ou moins rigide sans supprimer la flexibilité des chaînes moléculaires. Au cours de la vulcani-sation, on introduit dans l’élastomère du soufre, du carbone et différents agents chimiques.

Différentes formulations permet-tent de produire des caoutchoucs de synthèse en vue d’utilisations spécifi-ques. Les élastomères sont employés dans la fabrication de coussins, de certains isolants, de semelles de chaussures, de pneus… ou de brosses à dents 10.

Les phénoplastes (PF)Dans ce groupe, une des plus anciennes matières plastiques connue est la Bakélite. Ce matériau providentiel a eu d’innombrables applications dans les domaines scientifiques et dans la réalisation d’objets, les plus connus étant les téléphones et les postes de radio.

Ces résines résistent très bien aux produits chimiques et à la chaleur. Elles sont également électriquement isolantes. On peut les transformer par moulage et par compression pour fabriquer des poignées de casserole ou de fer à repasser et des plaques de revêtement.

Les polyépoxydes (eP)Les polyépoxydes sont fabriqués par polymérisation d’époxydes – substances chimiques comportant un oxygène ponté sur une liaison carbone-car-bone – avec un agent de réticula-tion (durcisseur). Le plus connu est l’Araldite.

On les trouve dans les résines liquides pour enrobage ou impré- gnation, poudres à mouler, compo-sites, colles à deux composants, peintures et vernis… Ils entrent dans la fabrication de pales d’héli-coptères, cuves, bateaux, raquettes, pièces automobiles, composants électroniques…

Les polyesters insaturés (UP)Les polyesters insaturés sont obtenus par réaction de condensation entre diffé-rents polyacides et des glycols (éthylène glycol, propylène glycol). Ils sont dilués ultérieurement dans un monomère non saturé comme le styrène. Quand un catalyseur est introduit dans cette résine, les produits se combinent, pro-voquant un durcissement irréversible, appelé réticulation, qui correspond à l’apparition de liaisons chimiques formant un réseau macromoléculaire tridimensionnel.

Le polyester sert surtout à fabri-quer des fibres textiles artificielles, Les tissus produits sont brevetés sous les noms de Dacron, de Tergal ou de Térylène. La fibre polyester est la plus produite dans le monde, car très uti-lisée dans l’habillement.

Page 7: Les plastiques dans tous leurs états - Free

14 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 15

Quelques exemples d’applicationl Dans l’automobileEn 1972, le pare-chocs en polyester de la Renault 5 inaugure la production en grande série de pièces en thermo-plastiques pour l’automobile, qui s’est depuis considérablement accrue, tout en respectant les contraintes de recy-clage. Les véhicules ont été allégés, la sécurité renforcée par une meilleure absorption des chocs, le confort opti-misé grâce aux sièges en mousse.

l Dans le sport et les loisirsDans le monde du sport, le plastique est intimement lié à l’innovation et aux performances, il suffit d’observer une « basket » pour s’en convaincre !

Plus légers, plus souples, plus solides sont les équipements sportifs ou de loisir d’aujourd’hui – y compris les vêtements 11 – grâce aux plastiques et aux fibres textiles, elles-mêmes issues

l Dans le bâtiment et le génie civilOn retrouvera le PVC dans les fenêtres ou les tuyaux d’évacuation d’eau.

Depuis plus de vingt ans, Gaz de France utilise le polypropylène pour les extensions ou le renforcement de ses réseaux à moyenne pression (4 bars). Le choix du PP (renforcé d’adjuvants pour la protection anti-UV et comme antioxydants thermiques) a été dicté par son inertie chimique aux produits agressifs courants, son insensibilité à la corrosion et sa résistance aux micro-organismes et aux insectes.

Ce ne sont là que quelques exem-ples d’utilisation de matériaux que l’on retrouve aussi bien dans les objets de la vie quotidienne que dans ceux destinés à préserver de conditions extrêmes 12.

Le recyclageL’accumulation des déchets plastiques en décharge est devenue un problème

des chaînes de polymères. Parfois, les conditions extrêmes, dans le cas de l’escalade ou des missions aux pôles, par exemple, exigent des plastiques de hautes performances pour les cordages, les coques de traîneaux…

Beaucoup de bateaux de plaisance possèdent des menuiseries intérieu-res et extérieures en polyuréthanes expansés rigides qui sont totale-ment imputrescibles et insensibles à l’eau. Les vitrages quant à eux sont en PMMA.

l Dans l’électricité et l’électroniqueLes connectiques et isolants de câbles sont en PET. De nombreux appa- reillages comportent des pièces en PP, ABS ou polystyrène, comme les carters de robots ménagers ou les pièces de clavier de téléphone portable. Le PVC est quant à lui utilisé comme isolant dans l’électronique.

9 la fabrication d’un dossier de siège en mousse de polyuréthane expansé

10 Des brosses à dents au manche en élastomère

© D

R

© M

SA

© D

R

12 le casque de pompier modèle F1SF (calotte : polyamide haute température ; calotin amortisseur : polyuréthane avec renfort laine/aramide ; coiffe et jugulaire : sangles aramide, cuirs, polyamide, polycarbonate)

11 Un blouson, un pantalon de pluie et une paire de gants de moto en fibres synthétiques

Page 8: Les plastiques dans tous leurs états - Free

14 t e c h n o l o g i e 1 6 4 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 n o v e m b r e - d é c e m b r e 2 0 0 9 t e c h n o l o g i e 1 6 4 15

d’ampleur planétaire, particulière-ment pour les emballages et les sacs. En effet, les taux de récupération et de recyclage des plastiques sont très faibles, de l’ordre de quelques pour-cent, ce qui constitue une singularité par rapport aux autres matériaux de grande consommation : métal, verre, papier. Les milliers de for-mules chimiques utilisées pour les différents produits gênent considé-rablement la récupération et le tri des déchets plastiques.

Ce sont les bouteilles et flacons (PP, PET, PEHD) qui constituent l’essentiel des plastiques ménagers recyclables 13. Ils deviennent de nouveaux flacons, des bidons, des tubes, des sacs-pou-

« bioplastiques » d’origine végétale – qui eux-mêmes ne sont pas tous biodégradables. Mais quasiment tous les produits en plastique deviennent tôt ou tard des déchets. Le recyclage ne fait que retarder l’inévitable incinération ou mise en décharge. Pesticides, colorants, métaux lourds, stabilisateurs, adjuvants sont libérés dans la nature lors de la dégradation en décharge.

Le plastique doit être trié par types pour le recyclage, car chaque type a des propriétés différentes. L’industrie du plastique a créé un système à sept logos 16, que l’on peut trou-ver en regardant en dessous du produit. n

belle, des matelas, des pulls 14, voire des stylos 15.

Certains plastiques sont facile-ment réexploitables, d’autres au contraire posent de vrais problè-mes pour l’environnement, comme le PVC – qui se situe, rappelons-le, à la deuxième place des plastiques les plus utilisés dans le monde (20 % de l’ensemble des plastiques, et présent dans de nombreux produits de bureau). Non recyclable, il rejette des composés chlorés dangereux (dioxines et furane) à la fabrication et à l’incinération.

Certains plastiques sont bio- dégradables ; ils peuvent être issus de l’industrie pétrochimique ou être des

13 Des balles de bouteilles en plastique prêtes à être recyclées

© D

R

15 le Pilot b2P est un stylo en plastique recyclé à partir de bouteilles d’eau… et cela se voit ! Avec une bouteille, on peut

fabriquer environ 4 corps de stylo.

© P

ILO

T

Matériaux Origines Débouchés

PEHDPEBDPP

Bouteilles de lait, de jus de fruit ; cubitainers de vin ; flacons de lessive, d’adoucissant, de détergents ; films et sacs

Nouveaux flacons ; bidons ; tubes de passage de câbles ; mandrins ; pièces injectées ; sacs-poubelle ; films agricoles

PET Bouteilles d’eau, de boissons sans alcool, vin, vinaigre…, de détergents

Fibres de rembourrage ; fibres non tissées , fibres tissées ou tricotées ; emballages rigides ; feuillards ; bouteilles ; pièces injectées

PSE Emballages PSE : barquettes, caisses, cales…

Nouveaux emballages PSE ; plaques d’isolation ou de protection ; particules de calages ; pièces diverses (dos de boîtiers CD…) ; béton allégé

14 Des exemples de débouchés pour les plastiques recyclés

N° de recyclage Abréviation Nom du polymère

PETE ou PET Polyéthylène téréphtalate

HDPE ou PEHD Polyéthylène haute densité

PVC ou V Polychlorure de vinyle

LDPE ou PEBD Polyéthylène basse densité

PP Polypropylène

PS Polystyrène

OTHERAutres plastiques, incluant le polycarbonate, l’acrylique et le nylon.

16 les logos des plastiques recyclables. Au centre, le chiffre indique le type de plastique