Les plastiques, polymères et associés

J’attaque un post de base sur les plastiques que je vais élargir aux familles de polymères. On va essayer de simplifier un maximum, vous comprendrez mieux pourquoi le tri pour le recyclage des plastiques est juste essentiel. Après si besoin de précisions… je préciserai !

Les polymères sont des matériaux que l’on dit « organiques » parce qu’ils sont constitués de longues chaines carbonées (carbone+hydrogène). Imaginez de longs colliers de perles (c’est comme ça que je les vois quand je travaille dessus plus marrant) qui s’enchevêtrent en pelotes.

Les perles sont des monomères qui peuvent être soit toutes identiques, soit différentes mais alternées.

L’espace entre ces perles constitue des liaisons dites covalentes (fortes). Je vous mets un petit exemple là. chaque couleur est un monomère différent.

Chaque perle est un motif constitué d’une base carbonée et parfois de fonctions, qui donnent sa spécificité au polymère.

Ex : le polyéthylène est constitué d’une succession de monomères éthylène.

Un polyvinyle alcool (PVA) est une chaîne carbonée sur laquelle on retrouvera des fonctions alcools. C’est la proportion de ces fonctions alcools qui permettra de modifier ses propriétés et notamment son affinité avec l’eau par exemple. Nom du polymère => structure chimique.

Les chaines peuvent être linéaires ou ramifiées, chaque configuration associée à la structure chimique donne au matériau des propriétés bien particulières. A partir de ces combinaisons, de la structure du matériau à différentes échelles, on peut anticiper son comportement.

Plus les chaines sont longues, plus elles s’enchevêtrent et plus il leur est difficile de bouger. Un polymère qui est sous forme liquide à température ambiante est généralement constitué de chaines courtes qui peuvent facilement se mouvoir entre elles.

Les thermoplastiques

Ce sont des matériaux qui, à une certaine température, voient leurs propriétés mécaniques évoluer. La cohésion du matériau est obtenue par des liaisons faibles entre les chaines, une certaine attraction entre les fonctions de la chaîne.

Leur comportement mécanique dépend de la température (thermo—plastique !). Exemple : le polyéthylène, le PET des bouteilles ou des fibres plastiques, le nylon, polystyrène, PVC, etc. C’est la famille de polymère la plus concernée par la valorisation matière. L’organisation de ces chaines, en pelotes ou cristaux leur donne des propriétés particulières. C’est par le procédé de mise en œuvre (extrusion, injection, calandrage, etc.) que l’on pourra affiner la structure, l’organisation des chaines entre elles et les propriétés du polymère.

Un thermoplastique très cristallin sera moins sensible aux variations de température, plus difficile à dégrader également. On prendra l’exemple des bouteilles d’eau qui sont très résistantes mécaniquement malgré leur faible épaisseur et qui se dégradent moins vite qu’un film PET.

Les élastomères

Imaginons des colliers de perles plus courts, mais maintenus entre eux par une même perle, qui les lie entre eux. Ce sont des points de réticulations (en rouge sur le dessin). Ils ne sont pas nombreux et espacés ce qui permet de former un réseau peu dense.

Si vous prenez le collier entre deux points, deux perles rouges, et que vous le déroulez vous avez une certaine marge avant de sentir de la résistance, comme quand on déroule un élastique. S’il n’y avait pas ces points de réticulation, les élastomères seraient sous forme liquide. C’est ça qui donne son élasticité à l’élastomère.

Exemple de matériaux : caoutchouc, néoprène etc. je ne parle pas des silicones mais le principe est le même avec une chaîne non pas carbone/hydrogène mais silicium/oxygène.

Les thermodurcissables

Prenez de longues chaines et maintenez les ensembles avec de nombreux points de réticulation. Vous obtenez un réseau 3D dense et peu élastique (alors c’est modulable bien sur !).

Ces matériaux sont dits thermodurcissables parce que généralement ils réticulent en température (pas toujours mais en gros il leur faut un apport d’énergie pour que la réaction soit plus rapide). C’est le cas de certaines peintures, colles ou des composites.

Pour tous ces matériaux réticulés, on peut moduler leurs propriétés mécaniques et physiques en faisant simplement varier la densité des points de réticulation. Mais leur valorisation devient complexe parce qu’ils ne sont pas fusibles (ils ne fondent pas). On ne peut pas tout avoir…

Pour comprendre un polymère, il faut partir de sa structure chimique, dé-zoomer sur son organisation moléculaire jusqu’à sa structure macroscopique. Quand on connait son histoire, on peut anticiper sa fin de vie.

Voilà pour la base, c’est un peu plus complexe dans les détails mais toujours passionnant.

J’essaie d’attaquer les biopolymères vs polymères naturels la prochaine fois. Et si ça vous intéresse on peut tenter le vieillissement mais ce sera bien plus technique !

Le petit lien twitter associé : https://twitter.com/Kako_line/status/1096742668024119296