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Ensemble Scolaire Notre Dame
39 rue Saint Lazare
95290 L’Isle-Adam
Les plastiques en débat
Classe de 3ème 3
Année 2010-2011
SOMMAIRE
INTRODUCTION
I. Du pétrole au plastique
II. La polymérisation
a). la polycondensation
b). La polyaddition
c). La polymérisation radicalaire
III. Les différentes familles de plastique
IV. La transformation des matières plastiques
a). L’extrusion
b). Le soufflage
c). L’injection
d). L’injection soufflage
e). Le calandrage du plastique
f). L’enduction
V. Les applications du plastique
VI. Les plastiques et l’environnement
CONCLUSION
INTRODUCTION
La production mondiale de plastique, en 2008, était de 245 millions de tonnes.
Ce chiffre montre que nous fabriquons beaucoup d’objets en plastique afin de
satisfaire nos besoins. Il faut savoir que la production de plastiques consomme 8%
de la consommation mondiale de pétrole. En effet, le pétrole est la base des produits
chimiques qui vont servir à produire le plastique (les polymères). Ceux-ci sont
réalisés par diverses réactions chimiques appelées polymérisations.
Les polymères ainsi fabriqués présentent plusieurs propriétés. Celles-ci
détermineront le choix des polymères lors de la conception d’objets en plastique.
Les plastiques sont utilisés dans beaucoup de domaines et ont permis
d’améliorer notre quotidien. Cependant, comme nous l’avons vu ci-dessus, le
plastique est réalisé à partir de pétrole qui comme nous le savons est une matière
première non renouvelable. Il va donc falloir trouver des solutions comme recycler les
plastiques réalisés.
De plus, il faut que nous prenions en compte que l’impact des plastiques sur
notre environnement et notre planète est nuisible ; en cause : les produits fabriqués
et notre comportement face aux déchets plastiques.
I. Du pétrole au plastique
Le pétrole est à l’origine de la fabrication du plastique lorsqu’il est élevé à une
forte température. Nous allons donc voir les produits que l’on peut obtenir et les
différentes étapes qui nous permettent de passer de la matière première au produit
fini. En premier lieu, nous verrons le traitement de celle-ci afin d’obtenir les matières
qui permettront ensuite d’obtenir un produit fini. Puis nous traiterons des différents
acheminements qui permettront d’avoir des polymères.
Une fois que le pétrole brut a été extrait, il est envoyé dans une raffinerie. En
raffinant le pétrole, on obtient du fioul pour le chauffage des logements et des usines
mais aussi du gazole pour les camions et les voitures diesel. Nous avons aussi du
kérosène, le carburant des avions et du naphta, une sorte d'essence qui est
transformée dans les usines chimiques.
La première étape du raffinage consiste à chauffer le pétrole brut dans un immense
four à 385°C pour séparer ses différents constituants.
Une fois qu’il a atteint la bonne température, il est envoyé dans une immense tour de
distillation de 60 mètres de haut. Dans cette tour, les différentes familles
d’hydrocarbures, qui sont présentes dans le pétrole brut, vont se séparer les unes des
autres. En effet sous l’action de la chaleur, les molécules se transforment en gaz et
s’élèvent dans la tour de distillation. Plus elles s’élèvent et moins il fait chaud. Elles
vont donc progressivement se condenser comme la vapeur d’eau sur une vitre froide.
Toutes les molécules ne se condensent pas à la même température. Tout dépend des
atomes qui les composent. Les molécules qui se condensent entre 180°C et 40°C,
forment un liquide, le naphta avec lequel on peut fabriquer de nombreux produits tels
des lessives, des colorants, des engrais, des insecticides, des produits de beauté, des
médicaments et des plastiques.
Le naphta doit être ensuite transformé avant d’être utilisé pour réaliser différentes
matières plastiques. Dans une première étape, on mélange le naphta avec de la
vapeur d’eau et on passe le tout au four à 800°C, puis on le refroidit rapidement. Sous
l’effet de la chaleur, les molécules se cassent et emportent avec elles plus ou moins
d’atomes de carbone. Ce sont ces petites molécules qui sont les produits chimiques
de base, que l'on appelle "monomères". Ce sont des gaz ou des liquides.
Pour fabriquer des matières plastiques, on met en réaction les petites molécules, afin
de former un "polymère" ou enchaînement de monomères. C'est une sorte de chaîne
constituée de trombones attachés les uns aux autres comme une construction de
"Lego". Cette deuxième étape s'appelle la "polymérisation". Les matières plastiques
sont alors sous une forme solide. Les molécules peuvent être assemblées dans des
ordres différents en autant de sortes qu'il y a de matières plastiques différentes.
A partir du travail de la matière première, c'est-à-dire le pétrole, nous obtenons
des polymères sous forme de granulés qui sont ensuite fondus pour être transformés
en produits finis.
II. La polymérisation
a). la polycondensation
Lors d’une polycondensation, de nombreuses petites molécules de type A, ou
en général de deux types : A et B, appelées monomères, se lient les unes aux
autres, alternativement, un très grand nombre de fois, pour donner des molécules
géantes appelées macromolécules. On utilise alors un catalyseur pour augmenter la
vitesse à laquelle se fait la réaction. La polycondensation s’accompagne de la
libération d’une espèce chimique comme l’eau par exemple.
b). La polyaddition
La réaction chimique consiste à additionner un grand nombre de fois « n » un
ou plusieurs monomères pour obtenir un polymère. Pendant cette réaction, une
liaison parmi la double liaison entre les deux carbones se casse.
c). La polymérisation radicalaire
La polymérisation radicalaire est une polymérisation en chaîne qui comme son nom
l'indique fait intervenir comme espèce active des radicaux.
Elle est constituée de trois étapes simultanées :
-
L'amorçage. Cette étape consiste à séparer l’amorceur (molécule chimique)
qui va faire apparaître un radical sur chaque molécule. Ceux-ci vont amorcer
la réaction.
-
La propagation. Elle est la principale étape de la polymérisation radicalaire.
C'est au cours de cette étape que la chaîne macromoléculaire se forme par
addition successive d'unités monomères sur le « macro-radical » en
croissance.
-
La terminaison. Elle est la dernière étape qui consiste à associer de deux
chaînes macromoléculaires entre elles.
III. Les différentes familles de plastique
Il existe trois grandes familles de plastique : les thermoplastiques, les
thermodurcissables et les élastomères. Elles ont toutes trois des propriétés
différentes.
Les thermoplastiques ont la propriété d’être malléables lorsqu’on les chauffe.
Une fois refroidis, ce sont des plastiques durs.
Les thermoplastiques conservent leurs propriétés. Ils sont réversibles et facilement
recyclables.
Dans les thermoplastiques, il existe entre autre : Polycarbonate (utilisé pour les fours
à micro-ondes), PVC (utilisé pour l’isolation, et les contours de fenêtres),
Polyéthylène (utilisé pour les sacs plastiques)
Le thermodurcissable est un polymère ne pouvant être mis en œuvre qu’une
seule fois. Il est insoluble et une fois durci, on ne peut pas changer sa forme. C’est
une résine utilisée dans l’industrie, qui, après polymérisation (montée en chaleur) ne
reviendra pas à son état initial (liquide ou pâteux). Quelques exemples : le polyimide
(circuits imprimés), le Polyester insaturé (fibres textiles).
Les élastomères ont les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc c'est-à-dire
qu’ils supportent de très grandes déformations avant rupture. Ils ont une contrainte :
Ils peuvent se déformer. Ils ont une bonne élasticité, grâce à la vulcanisation qui
consiste à cuire avec différents agents chimiques les molécules pour les rendre
flexibles. Les élastomères les plus utilisés sont :
- le caoutchouc naturel issu du latex.
- le polyisoprène synthétique
- le polybutadiène
- le styrène-butadiène
Grâce aux propriétés des différents plastiques, la diversité des demandes de
l’utilisateur est satisfaite. Ces trois grandes familles regroupent donc une multitude
de plastiques différents selon les caractéristiques attendues.
IV. La transformation des matières plastiques
Les techniques de transformation des plastiques dépendent de la nature des
polymères et de la destination des produits finis. Quelques méthodes sont
régulièrement utilisées pour la fabrication des pièces et des objets en polymère. Les
principaux procédés de fabrication industrielle sont : l’injection, l’injection-soufflage,
l’extrusion, le calandrage…
a). L’extrusion
L’extrusion associée au soufflage permet d’obtenir en « continu » la majorité
des films plastiques utilisés pour l’emballage, l’agriculture, etc.
L’extrusion occupe une place importante (40% du tonnage des thermoplastiques
utilisés).
On dispose pour cette technique d’une machine comportant essentiellement
un fourneau cylindrique chauffé dans lequel tourne une vis qui pousse de façon
continue la « pâte » a travers l’orifice de sortie qui constitue la filière ; un peu comme
la machine à fabriquer des pâtes alimentaires. Les corps creux sont obtenus par un
procédé hérité des verriers : le soufflage.
b). Le soufflage
Dans le secteur de la transformation du plastique, le soufflage est la technique
qui permet de fabriquer des corps creux, de formes simples, comme des flacons ou
de formes plus complexes. Les utilisations des produits issus du soufflage sont
multiples et concernent de nombreux secteurs d’activité, tels que la parfumerie, la
pharmacie, l’automobile, l’alimentaire, etc.
On distingue deux techniques de soufflage dans le secteur de la
transformation du plastique. Le soufflage par injection ou extrusion, techniques qui
combinent les processus d’extrusion, ou d’injection à celui du soufflage, pour obtenir
différents types de produits finis. Dans les 2 cas, la forme obtenue par injection ou
par extrusion est dilatée par un jet d’air comprimé à l’intérieur d’un moule, puis
refroidie.
Comme toute technique de transformation du plastique, le soufflage n’est
qu’une petite partie du processus.
c). L’injection
La matière plastique sous forme de granulés, est versée dans une trémie pour
alimenter une vis sans fin logée dans un tube chauffé. Elle y est comprimée, malaxée
et chauffée. Ce traitement mécanique et thermique fournit une pâte fondante et
homogène sans bulle qui est poussée par la vis en rotation vers un orifice. La
matière expulsée sous pression par la vis d’injection à travers ce trou vient remplir un
moule fermé et refroidi. Au contact des parois froides, elle prend la forme du moule et
se solidifie. Le moule s’ouvre ensuite pour faire sortir la pièce. Pour changer la forme
de la pièce, il suffit de changer de moule.
Ce procédé permet une transformation des thermoplastiques. On obtient après
démoulage des produits finis ou semi-finis de formes complexes en une seule
opération. C’est une méthode de production très rapide pour produire des objets en
très grande quantité. La technique de fabrication est fréquente pour fabriquer des
objets moulés de qualité, parfois de forme compliquée dans le domaine de
l’automobile, du jouet ou de l’électronique.
d). L’injection soufflage
L’injection soufflage est un procédé utilisé
pour fabriquer la plupart des bouteilles et des
flacons. On utilise des pièces semi-finies
obtenues par injection. Le corps de la préforme
est chauffé puis une tige étire la préforme
jusqu'au fond du moule. Enfin, un très puissant
jet d’air plaque la matière contre les parois du
moule. La préforme prend alors la forme et le moule est refroidi puis ouvert pour faire
sortir la bouteille. Comme pour l’injection, pour changer la forme de la bouteille, il
suffit de changer de moule.
e). Le calandrage du plastique
Des produits plats de plus grande largeur (feuilles, plaques) sont obtenus par
calandrage d'un matériau thermoplastique ou élastique entre des cylindres
éventuellement chauffants.
Il suffit de faire passer la matière plastique à l’état pâteux sur la bande
transporteuse. Celle-ci l’amène ensuite entre les cylindres chauffants.
La matière passe ensuite dans les refroidisseurs, ou accumulateurs dans
lesquels l’épaisseur du plastique sera contrôlée.
Pour finir, elle est enroulée sur une bobine de film.
Cette opération est par exemple utilisée pour fabriquer des revêtements de
sols et de murs, des nappes, de l'ameublement, de la maroquinerie et des articles
gonflables.
f). L’enduction
L'enduction est un traitement de surface qui consiste à appliquer un
revêtement généralement liquide (laque, peinture, huile) sur un substrat (papier,
textile, film plastique, acier). Généralement, l'enduction est suivie d'un séchage.
C’est une opération de dépôt d'une matière spécifique sur une surface. Celleci réalisée sur un support textile, permet de lui conférer des caractéristiques
particulières. L'objectif de l'enduction est d'apporter aux textiles un renfort, une
imperméabilisation, une ignifugation, une occultation, une protection de surface, une
couleur, une base d'impression pour sérigraphie ou toutes autres propriétés.
Nous avons pu observer qu’il existe plusieurs façons de mettre en œuvre les
matières plastiques et que celles-ci sont appropriées aux besoins de réalisation des
pièces ou objets.
V. Les applications du plastique
Les plastiques ont eu une utilisation croissante ces dernières années. En effet,
ce matériau a des caractéristiques très avantageuses.
Dans le milieu de l’agriculture, il a permis aux agriculteurs d’augmenter les
rendements des récoltes plus précoces, de diminuer la dépendance vis à vis des
herbicides et des pesticides, d’établir une meilleure protection de nos produits
alimentaires et de conserver plus efficacement l’eau. Ceci grâce à l’utilisation de
tuyaux en PVC, de bac de propagations, des filets de protection ou des plaques de
plastique qui recouvrent les hangars et serres.
Le domaine du sport et du loisir a su aussi profiter des qualités du plastique
qui y est un matériau primordial notamment pour les pistes d’athlétisme qui
permettent de nouveaux records, des vêtements respirant aux chaussures ultra
légères et aux équipements de protection. Le plastique a entièrement révolutionné le
monde sportif. Ceci sans oublié leur utilisation dans les stades. On notera qu’il a
permis, notamment au football d’avoir des ballons plus rapides et des raquettes de
tennis légères et solides. Dans le milieu marin, il permet de produire des coques.
Tout cela sans oublier qu’il est aussi très utile pour les équipements de protection
comme les genouillères ou les casques pour le ski. Le plastique a littéralement
révolutionné le sport moderne.
Les plastiques ont pris une place importante dans l’automobile depuis sa
création. On le trouve autant dans le moteur (embrayage, pompe à huile…) que dans
la carrosserie ou même dans l’habitacle (compteur, tableau de bord…). En effet,
c’est un composant plus léger, plus modelable, plus durable. C’est aussi un élément
que l’on trouve de plus en plus dans notre quotidien. De plus, le plastique est facile à
produire. En effet, contrairement au carbone, au cuivre etc., le plastique, à la sortie
des usines de production, est prêt à être façonné. C’est un matériau d’avenir.
Dans les emballages, les plastiques sont utilisés pour traiter, stocker,
transporter, et conserver beaucoup de produits. Par exemple, ils réduisent les pertes
d’aliments, aussi ils répondent aux changements de la société moderne pour
transporter et stocker. Le secteur des emballages est le plus gros consommateur de
plastique.
Dans les milieux médical et de la santé, les plastiques sont très utilisés pour
réaliser des produits jetables comme les seringues jetables, les poches de sang et
autres. Ils sont aussi plus légers, moins chers et pour certains, ils durent plus
longtemps.
Le plastique est très utilisé dans les bâtiments et travaux publics pour une
gamme d’application de plus en plus large. Il sert à l’isolation de la tuyauterie, des
châssis de fenêtres et aussi à l’aménagement de l’intérieur de l’habitat. Il est
résistant et a une grande durabilité.
Le plastique est malléable, il est donc facile à utiliser pour fabriquer les
meubles. Il est aussi moins cher et se compose de matières naturelles. Les
designers profitent donc de cette malléabilité pour faire des modèles uniques.
Dans le domaine de l’électroménager, le plastique est extrêmement utilisé : il
est le principal composant. En effet, il est résistant durable et peut prendre
différentes formes.
L’application des plastiques dans l’électricité et l’électronique à contribué au
design et à la performance des écrans de télévision, par exemple les téléviseurs
PLASMA HD 3D, les ordinateurs portables aussi petits qu’un cahier, ou encore les
téléphones portables aussi légers qu’une télécommande.
Mais aussi dans l’électricité pour l’isolement et la protection de matériaux car
le plastique n’est pas un matériau conductible. On l’utilise notamment pour isoler les
câblages électriques et le revêtement d’objets.
Le plastique est donc réellement utile et présent dans notre quotidien.
VI. Les plastiques et l’environnement
Nous allons vous présenter l’impact des plastiques sur l’environnement.
Il existe des points positifs ainsi que des points négatifs concernant son
rapport à l’environnement.
Le principal atout du plastique est sa grande recyclabilité : en effet, il permet
d’économiser une grande partie du pétrole utilisée lors de sa fabrication (70%).
Avec 27 bouteilles d'eau, on fabrique un pull polaire. Chaque
tonne de plastique recyclé fait économiser entre 600 et 800 kg
de pétrole brut.
Le recyclage permet de réduire considérablement les espaces d’enfouissement de
déchets ainsi que l’émanation de gaz.
Il résiste également aux chocs : il est donc très utilisé dans le domaine du transport
de marchandises. Dans les milieux alimentaires, le plastique est le principal moyen
d’emballage et de stockage de part ses propriétés hygiéniques.
Malgré ses qualités, le plastique a également des
propriétés négatives, notamment le fait que certains soient
recyclables et d’autres non. En effet, seulement 18% sont recyclés. Les
films plastiques transparents qui entourent les packs d'eau ou les magazines, les
pots de yaourt ou de crème fraîche, les barquettes alimentaires en polystyrène, les
sacs de supermarché, les sacs de congélation, les films à bulles… ne sont pas
recyclés. Trop légers, ces emballages ne sont pas rentables à recycler. Ils seront
incinérés avec le reste des ordures ménagères pour produire de l'énergie.
La pollution des mers et océans provoque la mort de beaucoup
d’espèces marines (1 million d’oiseaux et 100 milles mammifères
marins).
Beaucoup d’initiatives sont prises pour que les plastiques ne soient plus des
ennemis pour l’environnement. Mais ce sont les habitudes humaines qu’il faut
changer afin de diminuer la pollution par nos déchets plastiques de la planète.
CONCLUSION
Plusieurs étapes sont nécessaires pour obtenir les molécules indispensables
à la réalisation des plastiques (monomères). Ensuite, ceux-ci sont combinés, par
l’intermédiaire de réactions chimiques (polymérisations), afin de fabriquer les
polymères.
On constate alors que les plastiques se scindent en trois familles : les
thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères qui ont des propriétés
différentes et sur lesquelles vont jouer les fabricants pour obtenir des objets
techniques.
Ces plastiques sont de plus en plus utilisés dans divers domaines comme
l’automobile, la santé, les loisirs, les BTP afin d’améliorer nos conditions de vie et les
performances des objets crées.
Cependant, les déchets plastiques ainsi produits sont néfastes pour
l’environnement (faune et flore). Il faut donc trouver des solutions comme le
recyclage, l’utilisation de plastiques recyclés et développer des solutions pour
remplacer le plastique. Notre rôle est donc essentiel et nos mentalités doivent
changer pour notre avenir.
Si notre classe est sélectionnée et gagne le 1er prix, nous avons pensé utiliser
l’argent pour réaliser une sortie qui se déroulerait en deux étapes :
- La matinée serait consacrée au nettoyage d’une forêt (en association avec
Leclerc environnement qui propose des sites à nettoyer) (achat de gants,
sacs…)
- On passerait l’après-midi dans la base de loisirs de Cergy (95) (financement
d’activités comme l’accro speeder geant, le benji ejection, le rolling bulle…).