Le plastique est la matériau le plus polyvalent et utilisé dans notre monde moderne. Malléables, nous pouvons les mouler pour en faire pratiquement n’importe quoi, des carrosseries d’automobiles, des couverts de vaisselle aux sièges de toilettes et aux brosses à dents. C’est en partie parce grâce aux nombreux types de plastique différents qui existent, mais aussi parce que chaque type peut être utilisé pour beaucoup de choses. Qu’est-ce que le plastique exactement ? Comment arrive t on à en produire ?

Qu’est ce que le plastique ?

On parle de « plastique » comme s’il s’agissait d’un seul matériau, mais il existe en fait de nombreux plastiques différents. Ce qu’ils ont en commun, c’est qu’ils sont en plastique, ce qui signifie qu’ils sont mous et faciles à transformer en de nombreuses formes différentes pendant leur fabrication. Les plastiques sont pour la plupart des matériaux synthétiques fabriqués par l’homme, fabriqués à partir de polymères, qui sont de longues molécules construites autour de chaînes d’atomes de carbone, généralement remplies d’hydrogène, d’oxygène, de soufre et d’azote. On peut considérer un polymère comme une grosse molécule faite en répétant un petit morceau appelé un monomère encore et encore ; « poly » signifie beaucoup, donc « polymère » est simplement l’abréviation de « beaucoup de monomères ». Si vous pensez à la façon dont un long train de charbon est fabriqué à partir de plusieurs camions couplés ensemble, c’est à cela que ressemblent les polymères. Les camions sont les monomères et le train entier, fait de beaucoup de camions identiques, est le polymère. Là où un train de charbon peut avoir une vingtaine de camions, un polymère peut être fabriqué à partir de centaines, voire de milliers de monomères. En d’autres termes, les polymères ont généralement des molécules très grosses et lourdes.

Les types de plastiques

Il existe de nombreux plastiques différents, il nous faut donc trouver des moyens de les comprendre tous en regroupant des plastiques similaires. Voici quelques façons de le faire (et il y en a d’autres que je n’ai pas énumérées) :

Nous pouvons les diviser en naturelles (facilement obtenues à partir de plantes et d’animaux) et synthétiques (fabriquées artificiellement par des procédés chimiques complexes dans une usine ou un laboratoire). La cellulose est un polymère naturel utilisé pour la fabrication de ruban adhésif (entre autres), tandis que le nylon est un polymère synthétique fabriqué en usine.

On peut les regrouper en fonction de la structure des monomères à partir desquels leurs polymères sont fabriqués. C’est pourquoi nous parlons de polyesters, de polyéthènes, de polyuréthanes et ainsi de suite, parce que ce sont des polymères différents fabriqués en répétant différents monomères.

Lorsqu’il s’agit de recyclage, nous devons séparer les plastiques en différents types qui peuvent être traités ensemble sans causer de contamination. Cela dépend de leurs propriétés chimiques, de leurs propriétés physiques et des types de polymères à partir desquels ils sont fabriqués, ce qui nous donne sept types principaux. (Vous avez probablement remarqué sept symboles de recyclage différents numérotés de 1 à 6 et « null » sur les emballages en plastique, si vous avez bien regardé.)

Nous pouvons les regrouper en fonction de leur composition (disons bioplastiques – fabriqués artificiellement à partir d’ingrédients naturels) ou de leur comportement lorsqu’ils sont enfouis dans des décharges (biodégradables, photodégradables, et ainsi de suite).

On peut les diviser en deux grandes catégories selon leur comportement à la chaleur : les thermoplastiques (qui ramollissent à la chaleur) et les thermodurcissables (plastiques thermodurcissables, qui ne ramollissent jamais après leur moulage initial).
Thermoplastiques et thermodurcissables

Le dernier sur ma liste est une façon tellement importante de regrouper les plastiques qu’on ferait mieux de l’examiner un peu plus en détail. Quelle est la différence entre les thermoplastiques et les thermodurcissables et comment peut-on l’expliquer ?

Les thermoplastiques

Vous pouvez faire quelque chose comme une bouteille en plastique en injectant du plastique chaud et fondu dans un moule, puis en le laissant refroidir. Votre bouteille reste solide, mais si vous la réchauffez plus tard, elle va ramollir et fondre. On dit qu’il est fait d’un thermoplastique : quelque chose qui devient plastique (souple et flexible) lorsqu’il rencontre l’énergie thermique (chaleur). Dans un thermoplastique, les longues molécules de polymère sont reliées les unes aux autres par des liaisons très faibles, qui se brisent facilement lorsque nous les chauffons, et se reforment rapidement lorsque nous enlevons la chaleur. C’est pourquoi les thermoplastiques sont faciles à fondre et à recycler. Voici quelques exemples de la vie quotidienne : polyéthylène/polythène (bouteilles et feuilles de plastique), polystyrène (matériau d’emballage blanc friable), polypropylène (cordes de plastique), polychlorure de vinyle/PVC (jouets et cartes de crédit), polycarbonate (fenêtres et phares de voiture en plastique dur) et polyamide (utilisé dans tout, du bas et short de bain aux brosses à dents et parasols). Retrouvez de nombreux produits d’emballage en plastique et thermoplastique chez https://origami-packaging.com/, spécialiste de l’emballage industriel.

Matières plastiques thermodurcissables (thermodurcissables)

Les thermodurcissables sont généralement fabriqués à partir de chaînes de polymères beaucoup plus grandes que les thermoplastiques. Lors de leur fabrication initiale, ils sont chauffés ou comprimés pour former une structure dense et dure, avec de fortes liaisons transversales reliant chacune de ces longues chaînes moléculaires à ses voisins. C’est très différent des thermoplastiques, où les chaînes polymères ne sont maintenues les unes aux autres que par des liaisons très faibles. Et c’est pourquoi nous ne pouvons pas simplement chauffer les thermodurcissables pour les remouler ou les réformer. Une fois qu’ils sont « pris » (durcis) pendant la fabrication, ils le restent. Vous serez moins familier avec les thermodurcissables qu’avec les thermoplastiques ; malgré cela, vous avez peut-être rencontré des exemples comme le polyuréthane (matériau isolant dans les bâtiments), le polytétrafluoroéthylène/PTFE (revêtement antiadhésif sur les casseroles et casseroles), la mélamine (vaisselle en plastique dur) et la résine époxy (un plastique résistant utilisé dans les adhésifs et les produits de remplissage pour bois solides).

Comment fabrique-t-on le plastique ?

Nous avons déjà vu que les plastiques sont faits de polymères, mais comment les polymères sont-ils fabriqués ? Ils sont basés sur des hydrocarbures (molécules fabriquées à partir d’hydrogène et d’atomes de carbone) que nous obtenons principalement à partir de choses comme le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. Le pétrole brut extrait de la terre ou de la mer est un mélange épais et globuleux qui contient des milliers d’hydrocarbures différents, qui doivent être séparés avant que nous puissions les utiliser. Cela se produit dans une raffinerie de pétrole, par un processus appelé distillation fractionnée. C’est une version plus complexe de la distillation que vous auriez pu utiliser pour purifier l’eau. Si nous chauffons l’eau, elle finit par se transformer en vapeur, que nous pouvons ensuite recueillir, refroidir et condenser en eau ; c’est la distillation, et elle produit de l’eau hautement purifiée ou « distillée ». Nous pouvons chauffer et distiller le pétrole brut de la même façon, mais tous les nombreux hydrocarbures qu’il contient ont des molécules de tailles et de poids différents, qui bouillent et se condensent donc à des températures différentes. La collecte et la distillation des différentes parties du pétrole brut à différentes températures nous donne un tas de mélanges d’hydrocarbures plus simples, appelés fractions, que nous pouvons ensuite utiliser pour fabriquer différents types de plastiques.

Les hydrocarbures ainsi obtenus sont les matières premières de la polymérisation, nom que nous donnons aux réactions chimiques qui composent les polymères. Certains polymères sont fabriqués simplement en fixant ensemble des monomères hydrocarbonés, comme les chaînes de marguerites, qui est un processus appelé polymérisation d’addition. D’autres sont obtenus en réunissant deux petites chaînes d’hydrocarbures et en éliminant une molécule d’eau (deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène), ce qui donne une plus grande chaîne d’hydrocarbures dans un processus appelé polymérisation par condensation. Plus vous le répétez souvent, plus le polymère prend du temps.

Généralement, nous devons utiliser d’autres produits chimiques appelés catalyseurs pour amorcer la polymérisation. Les catalyseurs sont simplement des substances que l’on peut ajouter et qui rendent une réaction chimique plus probable et, bien qu’elles puissent changer temporairement pendant la réaction, elles réapparaissent à la fin dans leur forme originale ; en d’autres termes, elles ne sont pas modifiées de façon permanente au fur et à mesure que la réaction se déroule. Les catalyseurs Ziegler-Natta, parmi les plus importants pour la fabrication des polymères, ont été développés grâce aux travaux du chimiste allemand Karl Ziegler et de l’Italien Giulio Natta, qui leur ont valu un prix Nobel de chimie commun en 1963.

Parce que nous avons besoin de plastiques pour toutes sortes de choses, nous devons souvent ajouter d’autres ingrédients aux hydrocarbures de base pour produire un polymère ayant exactement les bonnes propriétés chimiques et physiques. Ces ingrédients supplémentaires comprennent des colorants (qui, comme leur nom l’indique, transforment les plastiques en toutes sortes de couleurs vives et joyeuses), des plastifiants (qui rendent les plastiques plus souples, visqueux et plus faciles à façonner), des stabilisants (pour empêcher nos plastiques de se décomposer à la lumière et à la chaleur) et des charges (généralement des minéraux peu coûteux qui nous permettent de réduire le coût des hydrocarbures pétroliers, ce qui nous permet de fabriquer et vendre notre produit final en plastique plus avantageux).

Le processus de fabrication du plastique ne s’arrête pas là. Ce que nous avons ici, c’est un polymère plastique connu sous le nom de résine, qui peut être utilisé pour fabriquer toutes sortes de produits en plastique. Les résines sont fournies sous forme de poudres ou de grains qui sont chargés dans une machine, chauffés, puis façonnés par un ou plusieurs procédés pour fabriquer notre produit plastique fini. Les processus de mise en forme comprennent l’injection et le moulage par soufflage (où nous projetons du plastique chaud à travers une buse dans un moule pour faire des choses comme des bouteilles en plastique), le calandrage (écrasement entre des rouleaux lourds, par exemple pour faire des feuilles ou des films plastiques), l’extrusion (compression du plastique à travers une buse, peut-être pour faire des tuyaux ou des pailles) et forcer le plastique à travers un tamis microscopiques, appelé filière, pour faire de fines fibres (comment on fabrique les fibres pour les brosses à dents ou des bas nylon). Il existe également de nombreux autres procédés de fabrication du plastique.

Comment sont les plastiques ?

Les nombreux types de plastiques ont tous des propriétés différentes (si ce n’était pas le cas, nous n’en aurions pas besoin en premier lieu). Cela dit, ils ont des choses en commun. En général, les plastiques sont souples et faciles à façonner de diverses façons (n’oubliez pas, c’est pourquoi nous les appelons plastiques) ; faciles à fabriquer dans toutes les formes, tailles et couleurs ; légers, isolants électriques, imperméables et relativement peu coûteux. Certains d’entre eux sont conçus pour être très résistants et durables (les embouts de voiture et les parties prothétiques du corps en sont des exemples), tandis que d’autres sont conçus pour s’effondrer relativement rapidement dans l’environnement (sacs en plastique biodégradables, par exemple). Les propriétés d’un plastique peuvent également être délibérément modifiées. Supposons que nous voulions que les plastiques résistent à l’électricité statique pour qu’ils ne ramassent pas autant de poussière ; nous pouvons alors utiliser des additifs antistatiques pendant le processus de fabrication pour les rendre légèrement conducteurs d’électricité.

À quoi sert le plastique ?

Au début du XXe siècle, le plastique était une nouveauté ; il n’y avait qu’une poignée de plastiques et très peu d’utilisations. Faites un zoom avant de 100 ans sur l’horloge et il est difficile de trouver des choses pour lesquelles nous n’utilisons pas de plastique. La science des matériaux consiste à comprendre les propriétés de différents matériaux afin de pouvoir les utiliser au mieux dans le monde qui nous entoure. Compte tenu de ce que nous venons d’apprendre sur les propriétés des plastiques, il n’est pas surprenant qu’ils nous aident dans la construction de bâtiments, l’habillement, l’emballage, le transport et de nombreux autres domaines de la vie quotidienne.

Dans les bâtiments, vous trouverez du plastique dans les vitrages secondaires, les toitures, l’isolation thermique et acoustique, et même dans les peintures que vous appliquez sur vos murs. Il y a des plastiques qui isolent vos câbles électriques et transportent l’eau et les eaux usées à l’intérieur et à l’extérieur de votre maison. Regardez autour de vous maintenant et vous verrez du plastique partout, des cadres pour photos et des abat-jours aux vêtements sur votre dos et aux chaussures sur vos pieds. Comment toutes ces choses entrent dans votre vie ? Jusqu’à un tiers de tout le plastique que nous utilisons se retrouve dans les emballages que nous utilisons pour protéger les produits (parfois même les produits en plastique) pendant le trajet de l’usine à la maison.

Parce que le plastique signifie flexible, par définition, nous avons tendance à penser que les plastiques sont des matériaux relativement faibles. Pourtant, certains sont incroyablement forts et durables. Si vous avez une porte ou une fenêtre en bois pourri, par exemple, vous pouvez ciseler la pourriture et la remplacer par de la résine époxy, un plastique thermodurcissable très résistant qui se transforme en pierre dure en quelques minutes et le restera pendant des années. Les défenses d’auto sont maintenant principalement faites de plastique – et les carrosseries légères de voitures et de bateaux sont souvent faites de matériaux composites comme la fibre de verre (plastique renforcé de verre), qui sont des plastiques mélangés à d’autres matériaux pour plus de solidité. Certains plastiques sont souples ou durs selon l’humeur qui leur convient. Un plastique étonnant appelé D3O® a une étonnante capacité d’absorption des impacts : normalement, il est mou et mou, mais si vous le frappez très soudainement, il durcit instantanément et amortit le choc. (Pour en savoir plus, lisez notre article sur les matériaux absorbant l’énergie.)