Comment sont fabriqués les plastiques ?

Tout d'abord, le plastique est un matériau organique, au même titre que le bois pas exemple. Cela signifie qu'il est composé d'atomes de carbone et d'autres atomes (fluor, oxygène, chlore...). Une preuve simple : Il noircit lorsqu'on le brûle. Le plastique est donc également une macromollécule. Il est composé d'une multitude d'atomes liés par des liaisons covalentes par exemple. Le plastique n'existe pas à l'état naturel, il doit etre synthetisé. C'est une matière synthétique.

Tout les plastiques sont des polymères, mais l'inverse n'est pas vrai. Qu'est-ce qu'un polymère ? C'est une substance composée de macromollécules (au moins 1000 atomes), suite de mollécules de base appelées monomères. Pour créer un polymère, on doit effectuer une polymérisation, c'est-à-dire qu'on doit arriver à lier les monomères. Il existe différents procédés pour réaliser cette polymerisation (polymérisation en chaine, polycondensation...).

De nos jours, la grande majorité des plastiques sont produits à partir de pétrole brut, ou de gaz naturel. Malgré une augmentation constante et rapide de la production depuis 50 ans, l'ensemble des matières plastiques créées dans le monde n'utilisent que 4% de la production de pétrole mondiale, et 1% de celle de gaz.

C'est principalement la polymérisation des molécules monomères issues de l'industrie pétrochimique de transformation des essences lourdes, appelées naphta, qui est utilisée pour produire des plastiques, la polymérisation étant une étape obligatoire à la création de plastique. La molécule obtenue est un polymère lorsque les molécules monomères qui la composent sont identiques, ou un copolymère quand ces monomères sont différents (ex : polystyrène modifiés comme le styrène-acrylonitrile).

Il existe plusieurs procédés permettant le polymérisation, dont les deux plus communs sont :

  • la polycondensation : qui est un agrégat de molécules initiales (identiques ou différentes) comportant au moins deux groupes fonctionnels. Cette technique s’accompagne de l’élimination d’un résidu léger comme de l’eau ou de l’acide chlorhydrique (production des phénoplastes, des polyamides et des polyesters).
  • La polyaddition, similaire de la précédente mais ne s’accompagnant d’aucun résidu (production des polyuréthannes et résines époxydes).

Les plastiques sont initialement produits sous forme de granulés ou de poudres. Après ces réactions, on obtient des granulés ou des poudres du produit. Par différents traitements et des transformations diverses, ces produits acquièrent les caractéristiques souhaitées (forme, aspect...).

 

La polymérisation et les polymères

 

Une bonne partie des produits manufacturés en plastique sont bien solides ! Comment se fait-il que l'on arrive à passer du naphta, une essence lourde et liquide, à différents produits, en partie solide ? Eh bien tout cela est rendu possible par la polymérisation ! Principe ? En présence de catalyseurs et dans des conditions de pression et de température adéquates, les monomères (molécules qui composent notre hydrocarbure) arrivent à s'assembler pour former une macromolécule : le polymère (molécule lourde d'au moins 1000 atomes).

Ces polymères ont quand à eux des propriétés physiques bien différentes de celles de leurs monomères de base. Certains seront rigides et résistants aux chocs, d'autres seront plus mous et doux. Certains résisterons à des températures élevées, d'autres seront élastiques, ou encore biodégradables. Les exemples sont multiples dans notre vie quotidienne : vêtements élastiques comme le Lycra, plaques rigides de PVC...

Les monomères, formés de chaines de maillons de différentes natures, possèdent diverses propriétés selon la nature de ces maillons. Ils seront alors rigides ou plutôt mous. Selon les caractéristiques proposées, les chercheurs, les ingénieurs et les industriels choisissent un polymère pour fabriquer le produit souhaité. Cette recherche se poursuit au quotidien pour ces chercheurs, toujours avides de nouvelles propriétés pour des polymères plus performants, grace à l'immense diversité offerte par la chimie et la nature.

*La réaction de polymérisation.

La polymerisation consiste à modifier la nature chimique des composés par l'union en de grandes chaines des molécules de monomères, appelées polymères avec un catalyseur.

Les techniques pétrochimiques

La polymérisation s'applique dans l'industrie à des bases pétrochimiques : le naphta, le gazole et le butane par exemple. On les traite en usine à l'aide de vapocraqueurs. Sous l'action de la chaleur et en présence de vapeur d'eau, ces unités cherchent à casser les molécules pour obtenir des produits de base. Exemples :
- des alcènes (oléfines) : éthylène, propylène et butadiène (éthène, propène, butène) ; 
- des hydrocarbures aromatiques (cycliques insaturés) : benzène, toluène, xylène ;
- le gaz de synthèse, mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone CO, produit par une oxydation partielle du méthane du gaz naturel.

Schéma illustrant le fonctionnement du vapocraquage.

Ces vapocraqueurs se situent généralement dans les grandes raffineries, afin d'utiliser les produits qui en sont issus. Le vapocraquage est une technique assez proche de celles utilisées en raffinage.
On a alors enfin obtenu nos polymères, mais la route jusqu'au produit manufacturé est encore longue ! En effet, les polymères sont alors sous forme de poudre ou de granulés. Une transformation est donc nécessaire pour leur donner un aspect, une forme, une texture, une couleur, et d'autres propriétés souhaitées : résistance à la chaleur, à l'usure ou aux chocs, flexibilité ou douceur, élasticité, rigidité… Afin d'arriver à ces résultats, ils vont devoir subir une série de traitements : travail de moulage, fusion, chauffage, addition d’autres produits… mais nous sortons là du cadre de la pétrochimie pour entrer dans celui des industries des plastiques (qu’on appelle la plasturgie), du textile ou des cosmétiques !

 

Vapocraqueur de la raffinerie de Feyzin, près de Lyon (France).

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site