«1. PLASTIQUE adj. (lat. plasticus, du gr. Plastikos, qui concerne le modelage) […] 2. Matière plastique ou plastique, n.m. : matière synthétique constituée essentiellement de macromolécules et susceptible d’être modelée ou moulée, génér. à chaud et sous pression. »
L’élément déclencheur
Jusque dans les années 1860-70, les balles du jeu de billard étaient alors fabriquées en ivoire, provenant de la corne des défenses de l’éléphant. Inutile de vous dire que ces animaux furent la proie de nombreux massacres à cause de ce jeu. Mais voilà que ces balles n’étaient pas parfaites; elles présentaient de nombreuses irrégularités. Ce défaut, un riche amateur du jeu en fut vite excédé. Il proposa donc d’offrir l’astronomique somme de $10 000 à quiconque trouverait une alternative plus pratique à l’ivoire. Ce fut aux frères Hyatt que revint cet honneur. Ceux-ci travaillaient justement sur un nouveau matériau. Il était connu que le traitement du coton à l’acide citrique donnait une substance très instable, donc explosive. Les deux frères eurent l’idée de dissoudre le coton explosif dans un mélange de camphre et d’alcool. Il en résulta le premier plastique synthétique, le celluloïd. Le celluloïd fut très populaire dans l’industrie, notamment en cinématographie pour la fabrication de la pellicule. On dut toutefois trouver de nouvelles matières plastiques tellement celle-ci était inflammable. Un exemple actuel de l’utilisation de ce plastique serait la balle de tennis de table.
Ouvrons le couvercle…
Je me permets de répondre pour vous à une question que je ne perdrai même pas de temps à vous poser. Non, vous ne seriez pas en mesure d’imaginer vivre au 21e siècle sans le plastique. D’ailleurs, la seule lecture de ce texte vous serait impossible. Premièrement, il a été rédigé avec un crayon porte-mine dont 11 des 18 pièces sont faites de matières plastiques sous une ou l’autre de ses formes. Finalement, l’ordinateur devant lequel vous êtes assis contient des centaines de pièces de plastique. En fait, depuis leur commercialisation en 1938, les matières plastiques ont occupé une place sans cesse grandissante dans nos industries, nos voitures, nos foyers, etc. Les avantages à l’utilisation des matières plastiques sont innombrables et leur polyvalence permet le fonctionnement d’entreprises de tous les domaines. Je tenterai, par le biais de cette page, de répondre au quoi, comment et pourquoi du plastique; d'abord en vous décrivant la matière plastique, ensuite en vous montrant ses procédés de fabrication, puis en vous énumérant ses principales caractéristiques et finalement en vous faisant découvrir les procédés de transformation les plus répandus. La plasturgie, l’industrie de laquelle nous dépendons tous…
Techniquement parlant…
Le plastique est une matière organique, macromoléculaire et synthétique. Relaxez-vous les neurones deux secondes et continuez à lire; la vulgarisation s’en vient.
Primo, on dit du plastique qu’il est organique, tout comme le bois ou le pain, sans oublier le corps humain. Qui dit organique dit carbone. En effet, le plastique est constitué d’atomes de carbone associés avec d’autres tels le fluor, l’oxygène, l’hydrogène, le chlore, etc. Vous voulez savoir si un objet contient du carbone ? Foutez-y le feu ! Si l’objet noircit, il s’agit du carbone qui réagit.
Secundo, comme tous les polymères, le plastique est composé de macromolécules, c’est-à-dire des molécules contenant des milliers d’atomes liés ensemble par des liens chimiques. J’entrerai dans les détails tout à l’heure.
Et tertio, cette matière est synthétique, car elle est le résultat d’une réaction de synthèse effectuée en laboratoire. Spécifions que les matières plastiques proprement dites n’existent pas dans la nature.
Les bons ingrédients
Dans les débuts de la plasturgie, on utilisait des polymères naturels et on les modifiait, ce qui nous donnait des plastiques artificiels. Un exemple serait la Galalithe, une corne artificielle obtenue en extrayant du lait la caséine (une protéine) et en y ajoutant un agent coagulant.
Mais, afin de fabriquer des plastiques synthétiques, nous devons nous tourner vers d’autres matières premières. La source la plus importante demeure le pétrole et le gaz naturel. Près de 90% des plastiques sont faits à partir de ceux-ci, ce qui est considérable.
Mais comment part-on du pétrole pour se rendre aux plastiques ?
Il faut d’abord distiller le pétrole jusqu’à l’obtention d’essences (ou naphta). Ces essences, également utilisées comme combustibles dans les automobiles, devront être soumises à un processus de craquage qui en extraira des hydrocarbures légers comme l’éthylène et le propylène qui, après polymérisation, deviendront le polyéthylène et le polypropylène.
Notons que la plasturgie ne représente qu’un maigre 4% de toute l’industrie pétrochimique.
Polymères vs Plastiques
Ces deux termes sont souvent confondus, mais il y a bien une distinction à faire. Le terme polymère englobe toutes les substances formées de macromolécules; les plastiques représentent ainsi une fraction des polymères. De cette manière, tous les plastiques sont des polymères, mais tous les polymères ne sont pas des plastiques. Retenez aussi que les polymères peuvent aussi bien être synthétiques que naturels.
La notion de plastiques ayant été définie, attardons nous maintenant à l’aspect polymère de cette matière.
Tout d’abord, le mot « polymère » est l’union du préfixe « poly », plusieurs et du suffixe « mère », parties. Les molécules des polymères, qui sont immensément longues, sont formées par l’agencement de centaines, voire milliers de molécules de base appelées monomères. Par certains procédés, on unit les monomères en de longues chaînes moléculaires que l’on appelle macromolécules, terme que l’on doit en passant au chimiste Herman Standiger. Une molécule est une macromolécule si elle possède plus de mille atomes.
« Des molécules longues comme ça ! »
Fabriquer une macromolécule à partir de monomères est un processus appelé polymérisation. Il existe plusieurs procédés pour arriver à cette fin. Les voici, décrits pour vous.
Polymérisation en chaîne
Ce procédé n’est valable que pour les monomères à doubles liaisons chimiques. Il consiste à ouvrir ce même lien double à l’aide d’une certaine substance. En ouvrant ce lieu double, on permettra à ce monomère de se lier à d’autres afin de former le polymère.
C’est le mode le plus utilisé dans l’industrie et on s’en sert notamment dans la fabrication du polyéthylène, du polypropylène et du polystyrène.
Polycondensation
La polycondensation implique qu’il s’est produit un dégagement gazeux lors de la liaison des molécules. Ce dégagement provient de l’élimination d’atomes ou de groupes d’atomes. Ce procédé nous permet d’obtenir un type spécifique de polymère dit semi-crystallin qui donne éventuellement lieu aux élastomères (catégorie de matière plastique observable dans les éponges par exemple).
Une macromolécule a une épaisseur variant de 2 à 5 dix-millionièmes de millimètre et sa longueur, d’un millionième de millimètre à … 1 millimètre ! Voyez l’immensité que ces molécules peuvent atteindre, quand on sait que le diamètre de l'atome est de l'ordre du millionième de millimètre.
Une fois dans le plastique, les macromolécules adopteront plusieurs configurations qui témoigneront de la sorte de plastique et lui conféreront ses propriétés.
Cette configuration peut être linéaire, ramifiée ou tridimensionnelle. Les tridimensionnelles se partagent en deux sous-groupes: le réseau à mailles serrées et le réseau à mailles larges (ce dernier type engendre les élastomères). Retenez ces configurations, car nous y reviendrons afin d’expliquer les propriétés qui en découlent.
En plus de la configuration, nombre de propriétés découlent de la disposition des macromolécules. En fait, si celles-ci sont enchevêtrées de manière irrégulière comme les fibres du feutre par comparaison, on dira de la matière plastique qu’elle est amorphe. Les plastiques amorphes ont tendances à casser plus facilement. Quand les molécules sont bien regroupées à la manière du bois de chauffage cordé, le plastique aura un aspect plutôt laiteux, il sera opaque et il aura une bonne résistance à la chaleur.
Ce qu’il est bon de savoir sur un plastique
L’élément déterminant de la notoriété depuis longtemps établie des matières plastiques, c’est la large gamme de propriétés physiques et chimiques qu’elles ont et desquelles nous pouvons tirer profit. Ces propriétés changent d’un plastique à un autre et sont déterminées par la structure chimique, la forme des macromolécules, leur taille et leur disposition. Ce sont là des termes que nous avons déjà abordés.
Ainsi, la nature des atomes et la manière qu’ils sont agencés dans la longue chaîne moléculaire sont responsables de la faible masse volumique des plastiques en général. De plus, ces deux facteurs expliquent la résistance des plastiques aux acides, bases et solvants. Les propriétés mécaniques, quant à elles, dépendent de la forme, la taille et la disposition des macromolécules.
Je vous présente maintenant les principaux tests nous permettant d’identifier des plastiques et de les classifier.
Transparence : jetez un coup d’œil furtif autour de vous et vous remarquerez que tous les plastiques ne laissent pas passer la lumière de la même manière. Ils peuvent être transparents, translucides ou complètement opaques, tout dépendant de leur structure ou des conditions de leur transformation.
Comportement à la chaleur: ce test est très important, car il nous permet de diviser les plastiques en deux grandes familles: les thermoplastiques et les thermodurcissables. C’est la nature du monomère et la manière dont il est agencé aux autres qui détermine si le plastique appartient à l’une ou l’autre des catégories.
+Les thermoplastiques: un thermoplastique qui est chauffé ramollira et deviendra mou, pâteux et il durcira lorsqu’on cessera de le chauffer. En d’autres mots, cela signifie qu’une fois moulé et dur, le plastique pourra être fondu et moulé à nouveau autrement. Ces plastiques sont les plus présents dans l’industrie avec 80% du marché plasturgique. (Exemples : PVC, polypropylène, polyéthylène, polystyrène)
+Les thermodurcissables : ces plastiques, dont les macromolécules sont tridimensionnelles, durcissent à la chaleur et ils se décomposent complètement, sans devenir semi-liquides, lorsque le réchauffement est prolongé. En effet, leurs chaînes sont dotées de liaisons croisées entre elles et cela assure au plastique, une structure stable. (Exemples : polyesters insaturés, polyuréthannes, silicone, polyépoxydes)
Combustibilité : décidément, il y a beaucoup à apprendre d’un plastique en le brûlant ! L’aspect de la flamme et l’odeur résultant de la combustion sont de bons indices dans l’identification des matières plastiques. De plus, si la combustion se fait aisément, cela prouvera la présence de carbone et d’hydrogène. Les industries plasturgiques ajoutent généralement un halogène, tel le chlore, au plastique afin de le rendre plus résistant à la flamme.
Déformation : ce test consiste à savoir quelle sorte de déformation peut subir une pièce de plastique. La déformation sera fragile si le plastique se casse lorsqu’il est plié. Si celui-ci blanchit à l’endroit de la pliure (cette partie décolorée se nomme rupture blanche), la déformation sera dite ductile. Finalement, si tout pliage ou changement de forme n’abîme d’aucune façon la pièce, on parlera à ce moment de déformation caoutchoutique.
Conductibilité électrique : inutile de vous dire que le plastique possède une conductibilité électrique très faible puisqu’il est largement utilisé dans l’isolation de circuits électriques. Ceci est dû à la faible quantité d’électrons libres et d’ions mobiles dans sa composition. Néanmoins, cette dernière caractéristique implique que le plastique se charge souvent d’électricité statique.
Conductibilité thermique : elle est également très basse pour la grande majorité des plastiques. À titre d’exemple, le cuivre est 2400 fois meilleur conducteur que le polystyrène !
Du granule au plat Tupperware
Dès que la matière plastique devient matière première, elle se présente le plus souvent sous forme de granules. Avant de devenir des produits utilisables, ces granules devront suivre un parcours de transformation qui permettra de leur inculquer une forme précise. J’explique ici quelques-uns des nombreux cheminements possibles menant à la matière plastique.
Extrusion : on envoie les granules de plastique dans un cylindre chauffé à l’intérieur duquel tourne une vis sans fin. Cette vis pousse les granules vers la filière en les comprimant, les ramollissant et en les rendant homogènes. La filière conférera à la masse plastique la forme désirée. L’extrusion est surtout utile dans la confection de tuyaux, feuilles ou plaques.
Injection : par le même principe, la vis sans fin pousse la masse à former jusqu’à l’intérieur d’un moule. Cette technique est surtout utilisée pour les thermoplastiques. On opte beaucoup pour ce procédé simplement parce qu’il offre une bonne qualité sans nécessité de finition et ce, même pour des formes plus complexes. A peu près tous les contenants de cuisine sont passés par cette étape.
Extrusion-soufflage : une pièce de plastique chaude et vide descend entre deux moitiés de moule qui se refermeront sur cette pièce. Un jet d’air soufflera la pièce vide en un ballon qui prendra la forme du moule refroidissant. Cette méthode est particulièrement utile dans la fabrication de bouteilles ou autres contenants vides.
Réincarnation du plastique
Mis à part sa polyvalence, le plastique présente une autre caractéristique très intéressante et elle concerne l’environnement. Comme nous le savons bien, le plastique, sous la plupart de ses formes peut être recyclé, ce qui rend ce matériau encore plus économique. Le recyclage du plastique consiste à décomposer celui-ci et d’en retirer la matière qui pourra être re-synthétisée en plastique neuf. Voici deux modes de décomposition du plastique.
-Hydrolyse: un jet d’eau d’une forte pression et dont la température est très élevée sépare les constituants chimiques des mousses polyuréthannes. On récupère ensuite les produits de cette opération, on les re-synthétise et cela donne le matériau d’origine que l’on pourra réutiliser.
-Pyrolyse: la pyrolyse consiste à décomposer le plastique en ses plus simples composantes en le soumettant à une très forte température (de 400° à 800°C) et ce, en absence d’oxygène, afin qu’il ne brûle pas. Cette manière est d’autant plus avantageuse du fait qu’elle ne nuit pas à l’environnement.
Refermons le couvercle…
Comme vous le voyez, il est aisé de rendre compliqué ce qui semble pourtant si niaiseux. Pourtant, tous les aspects traités sur cette page doivent être pris en considération lorsque vient le temps de fabriquer et d'utiliser les matières plastiques, voire même pour en concevoir de nouvelles variétés.
La plasturgie est une industrie prometteuse, surtout avec toute la technologie qui reste encore à venir. Les percées scientifiques dans le domaine sont incessantes et demain n’est pas la veille de la mort de ce matériau.
Je me permets de clore ce travail en vous rappelant l’importance du recyclage, car le sort des générations futures dépend de notre implication actuelle dans la préservation de l’environnement.
Bibliographie
Le Petit Larousse illustré 2002, Paris, Larousse, 2001, 1786 p. TAYLOR, Charles, et Stephen POPLE. La science expliquée aux jeunes, Aartselaar, Belgique, Chantecler, 1997, 192 p. THOMAS, Heinrich et Monika THOMAS. Les plastiques, aujourd'hui et demain, Montréal, Société des Industries du Plastique di Canada, 1990, 96 p. GUILLEMET, Hélène. (1999). Science et Vie, [Logiciel]. Montparnasse Multimédia et Exclusior Publications, France, 1999.. GIPRA. (Page consultée le 16 novembre 2202). Le portail de la plasturgie, [En ligne]. Adresse URL: http://www.knowings.com/plasturgie/ Yahoo. (Page consultée le 16 novembre 2001). Yahoo Encyclopédie, [En ligne]. Adresse URL: http://fr.encyclopedia.yahoo.com/articles/do/do_4210_p0.html
Recherche : Keven Poulin, École Jésus-Marie, Beauceville (Québec), CANADA.
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