Sciences · Chimie
Polymères et plastiques
Un polymère est une macromolécule formée par la répétition d’un même motif, le monomère. Les plastiques sont des polymères synthétiques, le plus souvent issus du pétrole : polyéthylène, PVC, PET, polystyrène.
Mis à jour le 4 min de lecture
Une bouteille d’eau, un sac de caisse, une fibre de polaire, un pneu, une feuille de papier, un brin d'ADN : malgré leurs différences, tous sont des polymères, c’est-à-dire de très longues molécules construites par la répétition d’un même motif. Les plastiques sont la famille de polymères synthétiques la plus connue, devenue en quelques décennies l’un des matériaux les plus produits au monde.
Monomère et polymérisation
La réaction qui relie les monomères s’appelle la polymérisation. Une chaîne de polyéthylène peut compter des dizaines de milliers de motifs.
| Mode | Principe | Exemples |
|---|---|---|
| Polyaddition | les monomères, qui possèdent une double liaison, s’ajoutent les uns aux autres sans perte d’atomes | polyéthylène, polypropylène, PVC, polystyrène |
| Polycondensation | deux monomères différents s’unissent en libérant une petite molécule (souvent de l’eau) | polyesters (PET), polyamides (nylon) |
Polymères naturels et synthétiques
| Polymères naturels | Monomère | Polymères artificiels et synthétiques | Monomère |
|---|---|---|---|
| Cellulose (bois, coton, papier) | glucose | Polyéthylène | éthylène |
| Amidon (pomme de terre, céréales) | glucose | Polychlorure de vinyle (PVC) | chlorure de vinyle |
| Protéines (laine, soie, kératine) | acides aminés | Polystyrène | styrène |
| ADN, ARN | nucléotides | Nylon (polyamide) | diamine + diacide |
| Caoutchouc naturel | isoprène | Polyester (PET) | diacide + dialcool |
Les polymères artificiels sont des polymères naturels modifiés chimiquement (celluloïd, viscose, acétate de cellulose) ; les polymères synthétiques sont fabriqués entièrement à partir de petites molécules, le plus souvent issues du pétrole ou du gaz naturel (voir chimie organique).
Les trois grandes familles de matériaux
| Famille | Structure | Comportement à la chaleur | Exemples |
|---|---|---|---|
| Thermoplastiques | chaînes linéaires ou peu ramifiées, non liées entre elles | ramollissent quand on les chauffe et durcissent en refroidissant, de façon réversible ; recyclables par fusion | PE, PP, PVC, PET, PS |
| Thermodurcissables | chaînes reliées en réseau tridimensionnel rigide | ne fondent pas ; se dégradent à haute température | bakélite, résines époxy, polyuréthanes rigides |
| Élastomères | chaînes souples faiblement reliées (réticulées) | déformables et élastiques | caoutchouc, silicones, néoprène |
La vulcanisation, découverte par Charles Goodyear en 1839, relie les chaînes du caoutchouc naturel par des ponts de soufre : il devient résistant et élastique, ce qui permettra les pneus.
Les plastiques du quotidien et leurs codes
Les objets portent souvent un triangle fléché avec un numéro qui identifie la résine.
| Code | Sigle | Nom | Usages typiques |
|---|---|---|---|
| 1 | PET | polytéréphtalate d’éthylène | bouteilles d’eau et de soda, fibres polaires |
| 2 | PEHD | polyéthylène haute densité | flacons de lessive, bidons, bouchons |
| 3 | PVC | polychlorure de vinyle | tuyaux, fenêtres, câbles, revêtements de sol |
| 4 | PEBD | polyéthylène basse densité | films, sacs souples |
| 5 | PP | polypropylène | pots de yaourt, boîtes alimentaires, pièces automobiles |
| 6 | PS | polystyrène | gobelets, emballages, polystyrène expansé |
| 7 | autres | polycarbonate, PLA, mélanges… | divers |
Ce triangle n’indique pas que l’objet est effectivement recyclé : il dépend des filières locales.
Une histoire récente
| Date | Étape |
|---|---|
| 1839 | vulcanisation du caoutchouc (Goodyear) |
| 1862 | parkésine, l’un des premiers plastiques artificiels, à base de cellulose (Alexander Parkes) |
| 1870 | celluloïd (frères Hyatt), proposé notamment pour remplacer l’ivoire des boules de billard |
| 1907 | bakélite, premier plastique entièrement synthétique (Leo Baekeland) |
| 1920 | Hermann Staudinger établit que les polymères sont de très longues molécules (prix Nobel de chimie 1953) |
| 1933 | découverte du polyéthylène en Angleterre (ICI) |
| 1935 | nylon (Wallace Carothers, DuPont), commercialisé en bas en 1939-1940 |
| 1938 | découverte du téflon (PTFE) |
| années 1950 | production de masse ; procédés catalytiques de Ziegler et Natta (prix Nobel 1963) |
La production mondiale de plastiques est passée d’environ 2 millions de tonnes en 1950 à plus de 400 millions de tonnes par an aujourd’hui. L’emballage en représente la plus grande part.
Pourquoi les plastiques sont-ils partout ?
Ils sont légers, bon marché, faciles à mouler, imperméables, isolants électriques et thermiques, et résistants à la corrosion. Ils allègent les véhicules, conservent les aliments, rendent possibles les seringues et les poches de sang à usage unique.
Les enjeux environnementaux
- Durabilité : la plupart des plastiques ne se biodégradent pas à l’échelle humaine. Ils se fragmentent en microplastiques (moins de 5 mm), retrouvés dans les océans, les sols, l’air et jusque dans le corps humain.
- Recyclage limité : selon l’OCDE, moins de 10 % des déchets plastiques mondiaux sont recyclés ; le reste est incinéré, mis en décharge ou dispersé dans l’environnement. Le recyclage mécanique dégrade souvent les propriétés du matériau.
- Ressources fossiles et climat : leur fabrication consomme du pétrole et du gaz et émet des gaz à effet de serre.
- Additifs : certains plastifiants ou retardateurs de flamme posent des questions sanitaires et sont réglementés.
Les bioplastiques désignent des plastiques biosourcés (issus de végétaux, comme le PLA tiré de l’amidon de maïs) et/ou biodégradables. Les deux notions sont distinctes : un plastique biosourcé n’est pas forcément biodégradable, et un plastique « biodégradable » ne se dégrade souvent qu’en compostage industriel.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre polymère et plastique ?
Un polymère est une molécule géante formée de motifs répétés ; il peut être naturel (cellulose, ADN) ou synthétique. Un plastique est un matériau fabriqué à partir de polymères, le plus souvent synthétiques, additionnés d’adjuvants.
De quoi sont faits les plastiques ?
La plupart sont fabriqués à partir de dérivés du pétrole ou du gaz naturel. Quelques-uns sont issus de ressources végétales (amidon, canne à sucre).
Que veut dire le chiffre dans le triangle sur les emballages ?
Il identifie la famille de plastique (1 pour le PET, 2 pour le PEHD, 5 pour le polypropylène…), ce qui facilite le tri, sans garantir que l’objet sera recyclé.
Le papier est-il un polymère ?
Oui. Il est fait de fibres de cellulose, un polymère naturel du glucose.