Science et technologie s1550

Les matières plastiques

Un plastique est un matériau synthétisé à partir de polymères.

L'utilisation des matières plastiques est beaucoup plus récente que celle du bois ou des métaux. La première matière plastique ayant été utilisée était simplement un caoutchouc naturel produit par certains végétaux. C'est en 1839 que Charles Goodyear a inventé le procédé de vulcanisation qui permet de fabriquer du caoutchouc artificiel à partir du soufre. Depuis, de nombreux plastiques ont été synthétisés en laboratoire par des réactions de polymérisation.

Les matières plastiques ne se retrouvent pas à l'état naturel, sauf dans le cas des caoutchoucs naturels. Elles doivent être synthétisées en laboratoire. Pour ce faire, on utilise des substances provenant du raffinage des combustibles fossiles (du pétrole et du gaz naturel). Ces substances, nommées monomères, sont assemblées en une longue chaîne de molécules, appelée polymère, lors du procédé de polymérisation.

On classe les matières plastiques en trois catégories: les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.

Thermoplastiques

Un thermoplastique est une matière plastique qui, sous l'effet de la chaleur, fond ou ramollit suffisamment pour pouvoir être remodelée un nombre infini de fois, et ce, sans que ses propriétés mécaniques soient modifiées.

Les thermoplastiques ont la propriété de ramollir à la chaleur et de durcir au froid. Il est donc possible de leur donner une nouvelle forme, et ce, à répétition, sans affecter leurs propriétés mécaniques initiales. Cette particularité permet un recyclage plus facile de cette catégorie de plastique, en comparaison avec celui des deux autres types. Les thermoplastiques sont de loin les plastiques les plus utilisés, représentant plus des trois quarts de toutes les matières plastiques produites dans le monde.

Type de thermoplastique Propriétés mécaniques Exemples d'utilisation
Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)
Couleur noire et opaque, facile à recycler
Rigidité, légèreté, résilience Tuyauterie, brique Lego

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Polychlorure de vinyle (PVC)
Rigide ou souple, recyclable
Rigidité, dureté, non-flottaison, imperméabilité, résistance à l'acide

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Tuyau de canalisation, recouvrement

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Polycarbonate (PC)
Transparent, recyclable
Grande transparence, résistance aux chocs

Source
Vitre de phare automobile, casque de moto, CD et DVD

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Polypropylène (PP)
Aspect brillant, recyclable en version rigide
Légèreté, rigidité ou souplesse selon la forme, transparence, flottaison

Source
Tableau de bord, emballage alimentaire

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Polystyrène (PS)
Sous forme dure et transparente ou sous forme de mousse blanche compacte, facile à recycler
Légèreté, isolant thermique

Source
Boîtier de CD, couvercle de plastique, emballage alimentaire, isolant

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Polyamide (PA)
Aussi appelé nylon

Résistance, imperméabilité, légèreté, flexibilité Toile de parachute, vêtement

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Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
Aussi appelé plexiglass ou acrylique
Propriétés optiques exceptionnelles, résistance à la corrosion et aux rayons UV, légèreté Fabrication de vitres, hublot, parois d'aquarium

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Polyéthylène (PE)
Plastique le plus employé, facile à manier et économique
Malléabilité, faible rigidité, résistance

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Sac d'épicerie, sac poubelle, bouteille, contenant

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Polyester (PET)
Existe aussi sous forme thermodurcissable
Dureté, résilience

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Fibre synthétique pour les vêtements, bouteille, contenant

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Thermodurcissables

Un thermodurcissable est une matière plastique qui reste dure en permanence, même sous l'effet de la chaleur. Sa perte d'élasticité est irréversible.

Contrairement aux thermoplastiques qui ramollissent sous l'effet de la chaleur, les thermodurcissables ont perdu cette propriété lors de leur fabrication. Ainsi, un thermodurcissable conserve la même rigidité sous l'action de la chaleur jusqu'à l'atteinte de sa température de décomposition. Aussi, une fois produit, on ne peut plus modifier la forme d'un thermodurcissable. Les thermodurcissables sont difficiles à recycler; au Québec, ils ne le sont pas. Ces limites expliquent, en partie, le fait qu'ils soient moins utilisés que les thermoplastiques.

Type de thermodurcissable Propriétés mécaniques Exemples d'utilisation
Formaldéhyde de mélamine (FM) (Formica) Résilience, résistance à la chaleur et à la corrosion Vaisselle en plastique, revêtement de plancher, panneau décoratif

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Phénoplaste (PF) Dureté, isolant thermique et électrique Boîtier d'objets divers, poignée de casserole, isolant en électricité et en aéronautique

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Polyester (UP) Dureté, résilience, résistance mécanique, isolant électrique Coque de bateau, canne à pêche, piscine hors-terre

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Élastomères

Un élastomère est une matière plastique qui possède les propriétés du caoutchouc naturel, principalement une grande élasticité et une grande extensibilité. 

On distingue généralement les élastomères naturels des élastomères synthétiques. Les premiers proviennent du latex sécrété par certains végétaux, par exemple par l'hévéa. Ils sont toutefois beaucoup moins utilisés que les élastomères synthétiques qui sont, quant à eux, produits en laboratoire grâce au procédé de vulcanisation. Ce procédé consiste à ajouter du soufre au caoutchouc, permettant ainsi d'en réduire l'élasticité, mais d'en améliorer la résistance. Malgré leurs propriétés mécaniques avantageuses, les élastomères ont l'inconvénient d'être des matières plastiques difficiles à recycler.

Type d'élastomère Propriétés mécaniques Exemples d'utilisation
Polychloroprène (CR) (Néoprène) Élasticité, résistance mécanique, résilience, isolant thermique Adhésif, combinaison de plongée, vêtement en néoprène

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Élastomère de silicone Élasticité, résistance mécanique, résilience, isolant électrique et thermique Isolant thermique et électrique utilisé en construction

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Caoutchouc butadiène-styrène Résilience, résistance mécanique, isolant électrique et thermique Caoutchouc synthétique, pneu, élastique

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Propriétés des matières plastiques

Comme on peut le constater dans les tableaux précédents, les propriétés des matières plastiques sont fonction des différents types de plastiques considérés. Toutefois, les plastiques possèdent plusieurs propriétés générales intéressantes qui expliquent leur grande utilisation pour la fabrication d'objets techniques.

  • Ils sont légers.
  • Ils résistent à la corrosion (à la rouille).
  • Ils peuvent être façonnées et moulées par la chaleur ou sous pression.
  • Ils ont une excellente durabilité.
  • Ils sont de bons isolants thermiques et électriques.
  • Ils possèdent une grande résistance.
  • Ils sont économiques.

En contrepartie, les matières plastiques présentent un inconvénient majeur: elles sont obtenues à partir d'une ressource fossile non renouvelable, soit le pétrole. Il est donc important d'en effectuer le recyclage afin d'assurer la pérennité de la ressource.

Dégradation et protection des matières plastiques

Les matières plastiques sont sujettes à la dégradation de façon progressive, tout au long de leur vieillissement. Leur dégradation est visible lors de l'apparition de fissures ou d'un changement de couleur. Cette dégradation est lente, mais elle est souvent irréversible. Diverses causes peuvent expliquer la dégradation d'un plastique. Par exemple, des substances en phase liquide, comme l'eau, peuvent pénétrer à l'intérieur de certaines matières plastiques et dissoudre certains de leurs additifs chimiques. Aussi, les polymères des plastiques peuvent se dégrader sous l'effet d'un rayonnement ultraviolet, notamment celui émis par le Soleil. Finalement, certaines matières plastiques peuvent s'oxyder au contact de certains gaz.

Pour ralentir, voire contrer, la dégradation des matières plastiques, certains moyens de protection existent. Il est possible de recouvrir les plastiques d'un revêtement imperméable afin d'empêcher la pénétration de liquide. On peut aussi ajouter, lors de leur fabrication, des substances antioxydantes, comme le noir de carbone, qui empêche une dégradation au contact de certains gaz. Des pigments de couleur peuvent aussi être ajoutés dans les plastiques afin d'absorber les rayons ultraviolets, ce qui protège les plastiques.

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