une vie de plastique

ASDS AE TS-­‐SPE THÈME LES MATÉRIAUX NOUVEAUX MATÉRIAUX NOM : ................................... PRÉNOM : ............................ Document 1 : Les polymères" CLASSE : ...................... DATE : ............................................. Les nombreuses matières plastiques que nous utilisons dans la vie courante sont constituées de molécules de longue chaîne carbonée, appelées polymères. La réaction de formation d’un polymère est nommée polymérisation. La polyaddition, la polycondensation sont deux réactions de polymérisation particulière Document 2 : Fabrication d’un biopoymère : le P.L.A L’acide polylactique (PLA) est un polymère obtenu à partir d’une espèce chimique naturelle, l’acide lactique, dont les quantités disponibles ne sont pas suffisantes pour satisfaire les besoins de l’industrie. L’acide lactique est donc produit par fermentation bactérienne d’amidon ou de sucre. ll est ensuite transformé en lactide, puis en PLA sous l’effet d’un chauffage et d’un catalyseur Formation du P.L.A. à partir du Lactide l’acide lactique Document 3 : Le P.L.A. un plastique biodégradable Les plastiques biodégradables sont dégradés par des micro-­‐organismes (bactéries, champignons, algues). Généralement, cette propriété est liée à la présence de liaisons covalentes qui peuvent facilement être rompues, comme dans les esters ou les amides. Grâce aux enzymes qu’ils fabriquent, les micro-­‐organismes utilisent les produits de dégradation de ces polymères comme source de carbone et d’énergie. L’acide polylactique (PLA) est biocompatible (son utilisation est possible pour des applications biomédicales et pharmaceutiques) et biodégradable. Son cycle de vie est présenté ici. Le PLA est utilisé comme peau artificielle, fil de suture biorésorbables, implants orthopédiques ou encore, systèmes à libération contrôlée de médicaments.
Le cycle de vie d’un produit est l’ensemble des étapes qui constituent la « vie » d’un produit, de l’extraction des matières premières qui le composent à son élimination en fin de vie, en passant par les phases de distribution et d’utilisation.
Cycle de vie du P.L.A. Questions : Q1. L’acide lactique possède-­‐t-­‐il un carbone asymétrique ? Si oui dessiner les différents stéréoisomères de configuration possible l’atome de carbone porteur du groupe —OH possède 4 substituant différents il est donc asymétrique Note : on distingue les deux stéréoisomères de configuration suivants En présence d'un carbone asymétrique, les 4 substituants a, b, c, d sont classés du plus important (a) au moins important (d). Ensuite, il faut se placer dans l'axe de la liaison C – substituant d. et regarder le sens de rotation de la molécule en suivant l'ordre a – b – c. Si la molécule tourne vers la droite, la configuration est R, si c'est vers la gauche la configuration est S Configuration R configuration S Q2. Comparer la formule brute de l’acide lactique et celle du lactide, puis proposer une équation pour la réaction chimique transformant l’acide lactique en lactide La formule brute de l’acide lactique :𝐶! 𝐻! 𝑂! La formule brute du lactide 𝐶! 𝐻! 𝑂! 2 𝐶! 𝐻! 𝑂! → 𝐶! 𝐻! 𝑂! + 2𝐻! 𝑂 il se produit deux réactions d’estérification ( action d’un alcool sur un acide carboxylique) Q4. Identifier les groupes caractéristiques présent dans l’acide lactique et dans le P.L.A. -­‐ L’acide lactique renferme le groupe hydroxyle (—OH) et le groupe carboxyle ( —CO—OH) -­‐ Le P.L.A. renferme dans le motif qui se répète le groupe ester (—CO—O—) c’est un polyester En bout de chaîne on trouve deux groupes carboxyles ( —CO—OH) groupe hydroxyle groupe ester groupe carboxyle Q5. Quelle particularité structurale du P.L.A. rend ce polymère facilement biodégradable ? d’après le texte le groupe ester peut être rompu par les micro-­‐organismes, ainsi les chaînes peuvent être fractionnée par les micro-­‐organismes Q6. Recopier et compléter le schéma du doc.3 Q7. Pour un patient, quel est l’intérêt des fils de suture en P.L.A. ? Les fils de sutures en PLA se dégrade lentement en milieu biologique en quelques semaines, une fois la cicatrisation achevée il est inutile d’aller voir le médecin pour se faire retirer les fils Document 4 Les plastiques dans les ordures ménagères Suite au tri sélectif des déchets, les plastiques sont transportés vers les usines de transformation où ils seront recyclés ou valorisés. Voir le schéma de la chaine de tri des déchets ci-­‐
contre Valoriser des déchets, c’est isoler et récupérer dans les déchets des matières premières dites secondaires, ou de l’énergie. Recycler consiste à réintroduire, dans une chaine de production, un déchet en remplacement total ou partiel d’une matière première vierge. Valoriser Une première méthode de valorisation est l’utilisation des plastiques sans les trier entre eux. Les mélanges sont fondus, puis mis en forme, mais les propriétés mécaniques des matériaux obtenus sont médiocres. Pour améliorer ces propriétés, les matières plastiques peu denses sont séparées des autres par flottaison dans l’eau voir figure ci-­‐contre. Les mélanges obtenus sont associés à d’autres matériaux pour former des palettes de manutention ou des éléments de mobilier urbain. Densité de différents polymères
Pour obtenir de meilleures propriétés mécaniques, un tri poussé des plastiques est nécessaire. Aujourd’hui, les polymères sont identifiés par des méthodes optiques utilisant des rayonnements dans l’infrarouge ou le visible : -­‐ l’infrarouge détermine la nature chimique, -­‐ le visible renseigne sur la couleur. L’efficacité d’identification par ce procédé peut dépasser 99%. Une fois triés, les plastiques sont utilisés pour fabriquer de nouveaux matériaux : le PET recyclé permet par exemple de produire de la laine polaire. Questions : Q8. Rechercher, sur Internet ou directement sur les objets, le nom et le motif du polymère utilisé pour fabriquer chacun des objets suivants : bouteille de lait, bouteille d’eau minérale, plateau en plexiglas ou tuyau d’arrosage . PE-­‐HD : polyéthylène haute densité PET : polytéréphtalate d’éthylène PMMA : polymétacrylate de méthyle PVC polychlorure de vinyle Q9. a) Comment seraient séparés ces objets par flottation dans l’eau ? Lors de la flottation dans l’eau : -­‐ les matériaux les moins denses que l’eau flottent (PE) -­‐ les matériaux les plus denses que l’eau coulent (PET ;PMMA ;PVC) Q9. b) Proposer un protocole expérimental pour vérifier que la séparation de ces objets est possible -­‐ retirer l’air des objets, sinon la masse volumique de l’ensemble objet air est modifiée -­‐ faire des entailles dans les objets afin que l’eau pénètre à l’intérieur -­‐ les couper en petits morceau qui ne peuvent contenir de l’air Q10. La spectroscopie infra-­‐rouge permet d’identifier les liaisons covalentes présentes dans une molécule. À l’aide des motifs trouvés à la question 7 pour les polymères expliquer comment le trieur peut reconnaître et séparer les matières plastiques Les différents polymère renferment des groupes fonctionnels différents et donc des liaisons covalentes différentes La spectroscopie IR les bandes d’absorption sont associées aux modes de vibrations de la molécules. Si les liaisons sont de natures différentes les vibrations des atomes ne se produisent pas au mêmes fréquences ainsi les matériaux différents auront des spectres IR différents ils peuvent donc être identifés Q11. Interpréter la phrase : « L’efficacité d’identification par ce procédé peut dépasser 99% ». Seulement 1% des matériaux plastiques sont mal identifiés et ne sont pas orientés sur le bon tapis roulant Q12. Résumer, au moyen d’un schéma, les scénarios possibles de la vie d’un objet en plastique.