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Matière plastique

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Pour les articles homonymes, voirPlastique.

Matière plastique
Présentation
Type
Matériau

modifier -modifier le code -modifier WikidataDocumentation du modèle

Graphique montrant la croissance de la production de plastique desannées 1950 à2015, essentiellement à partir d'hydrocarbures fossiles
Les matières plastiques font désormais partie de notre quotidien.
Structure typique d'uneformule :
matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de base) +charges +plastifiants +additifs.
Lesélastomères sont souvent classés hors des matières plastiques proprement dites.

Unematière plastique (leplastique en langage courant) est unpolymère généralement mélangé à desadditifs,colorants, charges (miscibles ou non dans la matrice polymère). Il en existe une large gamme ;moulés par injections,extrudés,étiré en film, généralement façonné à chaud et souspression, pour aboutir à un semi-produit ou à unobjet, y comprisfils etfibres (tissus),mastics,revêtementsetc. Il est utilisé dans presque tous lessecteurs d'activité. Certains ont despropriétés jamais auparavant réunies, par exemple latransparence et larésistance aux chocs.

Avec environ 400 millions de t/an (en 2022), quantité susceptible de doubler avant2040, à 90 % issus d'hydrocarbures fossiles il est devenu omniprésent. Et seul environ 9 % du plastique est recyclé (12 % incinérés et le reste mis en décharge ou perdu dans la nature[1], peu à peu dégradé enmicroplastiques et ennanoplastiques), ce qui fait du déchet plastique un problème préoccupant.En mars2022, les dirigeants mondiaux et les ministres de l'environnement ont entamé des négociations pour un premier traité international (juridiquement contraignant) au monde visant à éliminer lapollution par le plastique[1].

Étymologie

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Le mot « plastique » dérive dulatinplasticus, lui-même issu dugrec ancienπλαστικός /plastikós, « relatif au modelage », dérivé du verbeπλάσσω /plássô, « mouler, former », dont dérive aussi le motplasma.

Historique

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Les premiers plastiques industriels très résistants ont été produits à partir dulait. LaBakélite a connu un immense succès à partir desannées 1920 ; ici sous forme de face avant d'un poste de radio. Lacaséine du lait a servi d'agent plastifiant en peinture dès leMoyen Âge et peut-être bien plus tôt.

Si l'on peut faire remonter l'histoire des matières plastiques à l'Antiquité, c'est surtout à partir de la fin duXIXe siècle que leur utilisation se développe avec la mise au point de plastiques synthétiques. Des centaines dechercheurs et de bricoleurs de génie sont à l'origine de cet essor. Les premiers plastiques, artificiels, résultaient de latransformation chimique de polymères naturels tels lacellulose et lacaséine (le squelette macromoléculaire étant préservé lors de cette transformation). La première matière plastique industrielle basée sur un polymère synthétique est laBakélite.

L'histoire des matières plastiques remonte à l'Égypte antique :

Cageots en matière plastique courante (base PE ou PP).

Pour couvrir ses besoins, l'Allemagne, rapidement privée de ses ressources enlatex naturel, avait produit durant laPremière Guerre mondiale du caoutchoucBuna[9], unersatz de cettesubstance. Ses recherches sur de nouvelles matières se poursuivirent au cours de la Seconde Guerre mondiale (réalisées notamment parIG Farben) et, en1945, la production de caoutchouc synthétique s'élevait à un million detonnes.

À partir de laLibération, l'élan scientifique et technologique insufflé à l'industrie par la guerre se poursuivit et de nouvelles matières furent synthétisées, telles les nouveaux polyamides, lepoly(carbonate de bisphénol A) et les polyacétals.

Puis les découvertes de nouvelles matières se firent plus rares :

Le polycarbonate : une résine transparente comme le verre, la solidité en plus. Utilisée dans lesblindages, elle a équipé le casque des astronautes en 1969 sur la Lune.

Lesplastiques armés (matériaux composites) [typiquement les résinespolyesters et époxyderenforcées fibres de verre (verre :d~2,5)], plus légers àrésistance égale que l'acier ou l'aluminium, et insensibles à la corrosion, sont des matériaux non traditionnels. Certains types sont de plus en plus utilisés dans le secteur aéronautique[11].

De nouveaux plastiques plus respectueux de l'environnement (recyclage etbiodégradabilité améliorés), moins dépendants dupétrole (réduction de coût), thermostables, plus transparents, incassables,ininflammables ou originaux sont en voie de développement.

Article connexe :Bioplastique.

Technique

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Caractéristiques

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Elles varient beaucoup selon les types de plastique dont le spectre propriétés des matériaux plastiques ne cessent de s'améliorer.

On constate l'emploi grandissant de pièces en matières plastiques à la place de pièces métalliques, souvent plus onéreuses, plus sensibles à la corrosion, ou plus lourdes. Certaines caractéristiques techniques diffèrent notablement de celles des métaux :

Les matricesorganiques sont des isolants thermiques et électriques, ainsi que les fibres de renfort (sauffibres de carbone)[12] :

  • laconductivité thermique des polymères est environ cent fois plus faible que celle des métaux ; ainsi, beaucoup de matières plastiques, en particulier les mousses, sont utilisées comme isolants ;
  • conductivité électrique très faible ; les plastiques servent traditionnellement pour l'isolation defils et câbles électriques (PTFE, PEHD).
Caractéristiques physiquesmoyennes de quelques polymères thermoplastiques usuels[13].
CodeDensitéTaux de
cristallinité

(%)
Tv
(°C)
Tf ouTr
(°C)[14]
Tmaxi
(°C)[15]
ModuleE
(GPa)
ABS1,04-1,12085-125105-12070-852,5
PA-61,135052215851
PA-6,61,145057260901,5
PC1,200150220-2501202,4
PE-HD0,9580-95−110124-135900,8-1,2
PE-LD0,9250-70−110100-125700,15-0,3
PET amorphe1,30065-802551002,7
PET cristallin1,404065-802601004,1
PMMA1,180105130-14060-903
PP0,9160-70−101651001,3
PS « cristal »1,05080-100100603,2
PVC rigide1,380-580100-120652,4

Chimie et composition générale

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Notions de chimie macromoléculaire

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Les plastiques prêts à l'emploi sont souvent constitués de longues chaînescarbonées[16]. Ils sont en général dérivés decombustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon). Diverses substances (charges, plastifiant(s) et additifs), dont la proportion en masse peut être majoritaire, sont incorporées lors de la fabrication.

La matière de base (la résine) est un polymère[17]. Les résines des matières plastiques sont issues de produits intermédiaires (éthylène,propène,acétylène,benzèneetc.) dont les matières premières sont lepétrole (notamment grâce au procédé devapocraquage dunaphta), legaz naturel[18] et lecharbon.

Un polymère est une substance composée demacromolécules. Une chaîne polymère est constituée d'un grand nombre d'unités monomères. Laviscosité et larésistance mécanique d'un polymère augmentent avec ledegré de polymérisation (DP oun) ; ce dernier définit la longueur des chaînes[19].

Si le degré de polymérisation est supérieur à 3 000, le produit sera unematière plastique ; leDP peut atteindre six millions.

Les matières plastiques sont synthétisées parpolymérisation de monomères ou de (pré-) polymères :

  • les polymères monodimensionnels (linéaires ouramifiés) résultent de la polymérisation de monomèresbivalents ;
  • les polymères tridimensionnels sont formés par polymérisation de monomères dont la valence moyenne estsupérieure à deux, ou parréticulation (par voie chimique ou physique) de polymères linéaires.

La polymérisation est unprocessus important dans l'industrie chimique car les polymères en résultant doivent présenter les propriétés souhaitées, notamment, la durabilité, l'inertie chimique vis-à-vis de nombreux produits, l'élasticité, la transparence et les résistances mécanique et thermique.

Il existe deux catégories depolymérisations :

Pour améliorer certaines propriétés, les matières plastiques du commerce sont parfois constituées d'une résine de base modifiée par une autre résine ou un élastomère (intérêt de lacopolymérisation).

Il n'existe pas de macromolécules bidimensionnelles préparées par synthèse.

Il existe quatre procédés de préparation des polymères :polymérisation en masse, en solution, en suspension et en émulsion. Exemples : les polymères thermoplastiques PE, PVC et PS peuvent être synthétisés par ces quatre méthodes de polymérisation. La copolymérisation fournissant l'ABS s'effectue le plus souvent par le procédé en émulsion aqueuse, grâce à la formation demicelles.

Formulation d'un polymère

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Elle joue un rôle important. Les charges, plastifiants et additifs sont incorporés et dispersés dans la matrice de la résine pour en améliorer les caractéristiques (e x: résistance thermique, au feu, chimique, aux chocs, aux U.V ou au vieillissement,masse volumique,couleuretc.) ou samise en œuvre (souplesse…)[20].

Pour les usages courant, alimentaire surtout, laformulation doit être non toxique. Unefiche de données de sécurité (FDS) de la préparation doit être disponible pour tous.

Production degranulés (compoundage, oucompounding en anglais) à partir du formulat (polymère formulé) homogène, au moyen d'un malaxeur-extrudeur et d'une extrudeuse. Les granulés seront utilisés, par exemple, pour le moulage par injection.

On distingue (liste non exhaustive) :

  • la (les)résine(s) de base : source de lacohésion du matériau ;
  • lescharges, qui diminuent le coût de la pièce et/ou apportent des propriétés spécifiques, souvent d'autant mieux que leurgranulométrie est fine ; avec jusqu'à plus de 100 % d'incorporation en masse dans le matériau polymère pour certainsplastisols.

On distingue :

Additifs
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Généralement incorporés en faible proportion (mais parfois jusqu'à 50 % du poids de la résine) ils améliorent ou créent certaines propriétés des plastiques.

Beaucoup n'ont pas fait l'objet d'une évaluation complète de sécurité en termes detoxicologie ou d'écotoxicologie et ils deviennent préoccupants car ils sont souvent écotoxiques et libérés en quantité croissante par lesplastiques qui se dégradent, notamment en mer dans le contexte d'une largecontamination du milieu marin par les plastiques, croissante depuis lesannées 1950.

Faute de réglementation internationale, et dans l'attente de l'application du règlementREACH, ils sont essentiellement autorisés et contrôlés au niveau national. En Europe, la liste d'additifs de laDirective 2002/72/EC concernant lesmatières plastiques et des articles qui entrent en contact avec des produits alimentaires est une liste positive (les produits non listés sont interdits) depuis le. Une liste ancienne est consultable[22].

Laréticulation (formation d'un réseau tridimensionnel à partir de polymères linéaires) permet la synthèse de polymères tridimensionnels. Elle nécessite des durcisseurs,catalyseurs ou accélérateurs[23].

Des additifsignifugeants sont inclus dans les résines de composants électriques ou électroniques[24],[25].

En2014, les additifs les plus utilisés sont (par quantité décroissante)[26] :

  1. Lesplastifiants : ils représentaient environ 50 % des additifs pour plastiques vendus dans le monde. Lesphtalates représentaient 70 % des plus de huit millions de tonnes de plastifiants vendus dans le monde, en 2014 toujours[27] ;
  2. Lesretardateurs de flamme : pour réduire ou empêcher les phénomènes decombustion (jusqu'à 10 % d'incorporation) (hydroxyde d'aluminium,phosphonatesetc.) ; indispensables chaque fois que lasécurité est en jeu car la plupart des matières plastiques sont particulièrementinflammables ; ils doivent être stables dans le temps, peu ou pas toxiques[28] ;
  3. Les modificateurs d'impact : ce sont des molécules ou atomes qui rendent le plastique plus résistant au poinçonnement et à la casse, à basse température notamment ;
  4. Lesantioxydants et autres stabilisants : ils retardent ladégradation du polymère : stabilisants audioxygène (antioxydants ; tels certainsphénols àencombrement stérique ou ladiphénylamine[29] ; pour les ABS, PE, PS, etc.), à l'ozone (antiozonants ; concerne par exemple les polymères issus dubutadiène) ;
  5. Les agentsbiocides (fongicides et/oubactéricides en général) :asepsie, pour résister à l'attaque desmicro-organismes, en milieu humide ou hospitalier par exemple ;
  6. Les stabilisantsUV (anti-UV) : tels lesabsorbeurs UV et lesdésactivateurs[30].

Autres additifs :

Certains de ces additifs sont multifonctions : ainsi, le noir de carbone (oucarbon black) est utilisé depuis très longtemps dans l'industrie des matières plastiques sous formepulvérulente, à la fois comme pigment, comme stabilisant (à l'oxydation, aux ultraviolets et à la chaleur), commenanocharge de renforcement des propriétés mécaniques des élastomères et comme conducteur électrique.

Propriétés

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Propriétés thermiques

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Relation structure-propriétés : chaînes linéaires (cas des polymères thermoplastiques, schéma de gauche) et réseau de molécules (thermodurcissables, à droite).

On peut classer les polymères en deux types, en fonction de leur comportement à la chaleur : lesthermoplastiques (polymères linéaires, ramifiés ou non) et lesthermodurcissables [polymères tridimensionnels (réticulés)][32] :

Propriétés mécaniques

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Représentation schématique des formes réticulées (ramifiées) et de cristallites lors de la polymérisation duPolyéthylène

Les polymères thermodurcissables sont souvent rigides etcassants et les polymères thermoplastiques et les élastomères montrent une résistance mécanique médiocre et très affectée par la température.

La structure moléculaire des matériaux polymèressolides peut être soit :

  • semi-cristallinne ; [présence de zones cristallines (cristallites etsphérulites) et existence d'un intervalle defusion étroit qui permet une transition rapide de l'état solide ou pâteux à l'état fluide, par élévation de température], à morphologie hétérogène (exemples : PE, PPi, PA, polyesters thermoplastiques, POM [(-CH2-O-)n], PTFE) ;
  • amorphe, montrant un ramollissement progressif par élévation de température (PS et ses copolymères, PMMA, PC, PVC[33]etc.).

Remarque sur l'influence de latacticité : un polymère atactique (PMMA, PS, etc.), dont la chaîne macromoléculaire présente une forme géométrique irrégulière, ne peut pas cristalliser, contrairement à un polymère isotactique ou syndiotactique.

Les propriétés thermomécaniques d'un polymère dépendent de sa structure moléculaire et son « taux de cristallinité ». ainsi, lors de l'injection, un plastique amorphe est plus tolérant [process plus aisé, retrait (shrinkage en anglais) plus faible au refroidissement] qu'un polymère semi-cristallin (qui a une prédisposition à cristalliser), et le retrait de la matière semi-cristalline est plus important que celui de la matière amorphe, car sa structure est plus compacte (le « module de Young » augmente lorsque le taux de cristallites augmente. Inversement, la limite de déformation élastique diminue).

Les propriétés d'un plastique technique sont souvent jugées optimales quand la cristallinité moyenne permet de combiner une résistance mécanique et thermique de la phase cristalline à larésilience de la phase amorphe (pratiquement 50 à 60 %).

La plupart des thermoplastiques ne sont pas utilisés au-dessus de120 °C, température à laquelle se produit un ramollissement (pour les amorphes) ou une fusion (pour les semi-cristallins), qui supprime les propriétés mécaniques. Les polymères thermoplastiques amorphes sont utilisés en dessous de leurTv, à l'étatvitreux. En principe, les matières thermodurcissables ont une meilleure tenue thermomécanique (à la chaleur, au feu, aufluage, faible retrait, etc.) et chimique que les thermoplastiques. Les meilleurs thermostables sont des thermodurcissables.

Les matériaux plastiques réagissent aux contraintes d'usage par desdéformations, changements de couleur et parfois larupture selon des seuils qui vont définir leurspropriétés d'usage. Connaître, grâce à larésistance des matériaux, lespropriétés intrinsèques des plastiques permet de les choisir judicieusement, selon les fonctions qui leur seront assignées et en fonction du degré de recyclabilité ou biodégradabilité qu'on veut leur accorder.

Leurs propriétés mécaniques intrinsèques sont évaluées via desessais comparatifs, normalisés. En général, on utilise lesnormesISO,ASTM etDIN, ou des normes « maisons » lorsque les tests sont directement liés aux propriétés d'usage. Ces tests permettent de prédire les propriétés finales des objets finis. Toutefois, certains caractéristiques structurales liées au degré de cristallinité, à l'orientation des chaînes macromoléculaires, ou aux tensions internes résultant des conditions de mise en œuvre et de refroidissement, peuvent aussi influencer les propriétés de l'objet. Ces propriétés sont ditespropriétés de transformation.

En résumé, on distingue :

  • lespropriétés intrinsèques (propres au matériau) ;
  • lespropriétés de transformation (fonction des méthodes et conditions de mise en œuvre) ;
  • lespropriétés d'usage (définies par les conditions d'utilisation).

Un grand nombre d'essais mécaniques utilisés pourcaractériser les matières plastiques sont inspirées de techniques d'analyse de métaux et autres matériaux (bois, ciments...) telles les mesures dumodule d'élasticité, de larésistance à la traction et de l'allongement à la rupture.

Caractérisation mécanique : courbe contrainte-déformation établie pour un échantillon de trois matériaux-types.

Les analyses mécaniques etrhéologiques sont basées notamment sur des essais detraction,compression,cisaillement,flexion ettorsion.

Les équipements d'analyse comprennent les appareils de mesure de l'indice de fluidité à chaud (pour les polymères thermoplastiques) (MFI,Melt flow index en anglais)[34], les appareils detraction, lesextensomètres, les analyseursDSC, lesviscosimètres (de type rotationnel, cône-plan ou capillaire) (pour les thermoplastiques), les analyseursDMA (ces deux derniers instruments sont affectés aux mesuresdynamiques), les appareils dechoc Izod etchoc Charpyetc.

Pour les polymères solides, un simple essai de traction uniaxial permet de mesurer certaines propriétés mécaniques.

Les matériaux se répartissent d'après leur comportement en contrainte-déformation, en trois grandes catégories : rigides (souvent peuductiles et peu résistants aux chocs), plastiques ou élastomères. Le graphique intitulé « Caractérisation mécanique » obtenu lors d'un essai de traction met en évidence ces trois catégories :

  • lacourbe A illustre le caractère en contrainte-déformation d'un polymère rigide (module élevé) dont la rupture se produit quasi simultanément à lalimite d'élasticité. Le polymère a un comportement fragile (faible allongement à la rupture) ;
  • la courbe B montre que le comportement de certains matériaux plastiques est semblable à celui de nombreux matériaux métalliques : ladéformation élastique initiale est suivie d'unedéformation plastique. Le matériau est tenace (fort allongement à la rupture) ;
  • la courbe C indique une déformation élastique dans un large domaine de déformation ; ce comportement mécanique est typique d'un élastomère.

Les matières plastiques ont des propriétés mécaniques influencées par les principaux facteurs suivants :

Influence de la température : courbe établie pour un échantillon de plastique à différentes températures.
  • la température ;
  • la cohésion des polymères ;
  • la modification des propriétés mécaniques moléculaires des polymères ;
  • leurs conditions de transformation.

Globalement, le module d'élasticité et l'allongement à la rupture des polymères rigides se déterminent de la même façon que dans le cas des métaux.

La limite d'élasticité Re des polymères plastiques équivaut sur la courbe à la valeur maximale de la contrainte se situant à la fin de la région élastique linéaire. De plus, la résistance à la traction Rm correspond à la contrainte entraînant une rupture ; elle peut prendre une valeur supérieure ou inférieure à Re.

Les propriétés mécaniques des polymères thermoplastiques et des élastomères dépendent fortement de la température (voir le graphique intitulé « Influence de la température »), des contraintes extérieures et du temps d'observation. Une élévation de température fait passer un matériau thermoplastique d'un comportement rigide et fragile à un comportement ductile et tenace.

Transformation

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Extrudeuse mono-vis pour la production en continu d'un jonc extrudé à partir de la masse du formulat fondu.

Plus que tout autre matériau, les plastiques offrent un large choix de techniques de transformation. Les produits initiaux [formulations complètes (nommées aussi matériaux polymères),compounds] se présentent sous forme de granulé, poudre, pastille,pâte ou liquide. Les matièreshygroscopiques (PA, ABS, PBT, PMMA, etc.) subissent un préséchage (par étuvage) avant la mise en œuvre afin d'éviter tout défaut lié à l'humidité sur les pièces plastiques.

Les étatsplastique ou visqueux sont nécessaires pour mettre en œuvre les techniques de mise en forme des matériaux polymères.

Les transformateurs réalisent les objets finis destinés aux utilisateurs à l'aide de matériels et de matières fournies par les producteurs de polymères ou les compoundeurs.

Presse à injecter bimatière alimentée par des granulés thermoplastiques[35].

La mise en forme des polymères thermoplastiques diffère de celle des thermodurcissables :

  • lemoulage par compression à chaud est le moulage-type des polymères thermodurcissables. Il faut éviter la prise en masse (l'atteinte du « point de gel ») de la matière avant que l'opération de moulage soit terminée. Les temps de polymérisation des thermodurcissables limitent les cadences de production de type industriel ;
  • le calandrage (passage de la matière entre deux cylindres chauffés), l'extrusion (passage à travers unefilière) et le moulage par injection sont les techniques de transformation typiques des polymères thermoplastiques. Ces composés autorisent des temps de cycle plus courts.
Film (à base d'un mélangecopolyester-PLA) obtenu parextrusion-gonflage.

On distingue :

Le plastique permet le moulage et le soufflage de formes complexes, en séries industrielles (plasturgie). Lesbouteilles en plastique sont ainsi réalisées, à l'aide de techniques très proches de celles utilisées pour les bouteilles en verre.

D'un polymère usuel vers une forme d'art

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Comme indiqué plus haut, les plastiques de manière générale peuvent donc prendre de multiples formes, résistances, couleurs, propriétés mais aussi et surtout ce sont des matériaux adaptables à un grand nombre de milieux, d'où une large utilisation. C'est pourquoi ils n'ont pas cessé d'être utilisés dans l'art depuis leur création.

Typologie

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Article détaillé :Classification d'un polymère.

On distingueglobalement (horsmatériaux composites) :

Autres classifications envisageables : selon leur origine (polymères naturels, artificiels etsynthétiques), leur famille physico-chimique (thermoplastiques, thermodurcissables, thermostables, élastomères), leur structure [polymères linéaires (ou monodimensionnels) et tridimensionnels][40].

Familles de matières plastiques

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Thermoplastiques

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Gaine thermorétractable.

Les matériaux plastiques composés de polymères à chaîne linéaire ou ramifiée sont en principe fusibles. Les polymères thermoplastiques (ou polyplastes, thermoformables) se déforment et sont façonnables sous l'effet de lachaleur, gardant cette forme en refroidissant (analogie avec lacire desbougies). Ce phénomène réversible permet leur recyclage : les objets sont broyés et « refondus » pour en élaborer d'autres.

Les thermoplastiques sont par ailleurs solubles dans des solvants spécifiques, ce qui permet leur utilisation comme revêtements et colles.

Pour fixer les idées, la plupart des polymères linéaires industriels ont des masses molaires voisines de 105 g mol−1. Une macromolécule linéaire peut avoir une longueur qui dépasse le dixième de micromètre, ses dimensions latérales restant mille fois plus faibles.

Les textiles synthétiques (fils etfibres) sont toujours thermoplastiques. Ils sont apparus en 1940. On compte actuellement plus de quarante types de textiles synthétiques et plus d'un millier de noms commerciaux pour les désigner.

Thermodurcissables

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Les polymèresthermodurcissables prennent leur forme définitive après laréaction chimique (polymérisation) accompagnant leur transformation. Le réseau tridimensionnel obtenu donne au produit fini son caractère d'irréversibilité thermique. La structure réalisée avec une résine thermodurcissable ne peut varier et se trouve géométriquement figée (analogie avec la cuisson d'unœuf). Plus le composé sera tridimensionnel, plus il serarigide, cassant, insoluble et infusible.

Exemple : copolymérisation dupolyester insaturé en présence de styrène. La structure obtenue est définitive, leproduit fini est infusible donc non transformable et non recyclable.

Élastomères

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Certainsélastomères sont hautement déformables : ils se caractérisent par la faculté de supporter de grandesdéformations (jusqu'à environ 1 000 %) avant rupture.

Lesélastomères sont des polymères à caractère amorphe ou cristallin présentant des propriétés remarquables en élasticité,amortissement et étanchéité (air, eau). Ils sont thermoplastiques et deviennent thermodurcissables parvulcanisation.

Ils sont employés en généralréticulés, et le plus souvent à unetempérature supérieure à leur température detransition vitreuse, sur le plateau caoutchouteux ; utilisation : fabrication de la gomme despneumatiques [contenant principalement ducaoutchouc naturel (NR) et du copolymère élastomèrestyrène-butadiène (SBR)[41]],bandes transporteuses, tuyaux,durits, coussins,silentblocs,joints,mastics,gants médicaux,chaussuresetc.

Polymères des trois familles de matières plastiques

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L'usage prévaut de réserver le terme de matière plastique à trois grandes familles de matériaux, les thermoplastiques, les thermodurcissables et les plastiques techniques[18], dont la structure, les propriétés physico-chimiques et demise en œuvre (comportement sous l'action de la chaleur et de la pression) diffèrent totalement. Les résines thermoplastiques sont les plus utilisées industriellement.

Thermoplastiques
CodesISO 1043-1Quelquesnoms commerciaux[42]Polymères (désignation courante)Production industrielle depuis[43]
ABSAfcoryl, Bayblend (mélange PC/ABS), Cycolac, Isopak, Lastilac, Lustran, Novodur, Polyflam, Polylac, Polyman, Ronfalin, Terluran, Toyolac, Ugikral, VestodurCopolymèreacrylonitrile-butadiène-styrène (famille desstyréniques)années 1950
CACellidor A, Cellon, Lumarith, Rhodialite,Rhodoïd, Setilitte, TrialitheAcétate de cellulose (cellulosique)1927
EPSAfcolène,Depron, Hostapor, Polyfoam, Roofmate,Sagex, Styrocell,Styrodur,Styrofoam, Styropor, VestyporPolystyrène expansé (styrénique)années 1950
PAAkulon, Altech, Amilan, Bergamid, Capron, DuraForm, Durethan, Eratlon, Ertalon, Grilamid, Grilon, Igamid,Kevlar, Latamid, Lauramid, Maranyl, Minlon, Miramid,Nomex, Nylatron,nylon[5], Nypel, Orgamide, Perlon, Polyloy, Radiflam, Radilon, Renyl,Rilsan, Schulamid, Sniamid, Stanyl (PA-4,6), Staramide, Starflam, Sustamid, Sustaglide, Tactel, Technyl, Trogamid, Ultramid, Versamid, Vestamid, Vydyne, ZytelPolyamides[44]1938 (PA aliphatiques), 1961 (PA aromatiques ou aramides : Nomex)
PBTArnite, Celanex, Crastin, Deroton, Hostadur, Pocan, PTMT, Tenite, Ultradur, VestodurPoly(téréphtalate de butylène) (polyester saturé)1969
PCApec, Axxis, Durolon, Gerpalon, Latilon,Lexan,Makrolon, Panlite, Plaslube, Polyman, Sunglass, Tuffak, XantarPolycarbonates1956
PEAlkathène, Alketh,Dyneema (UHMWPE), Eltex, Hostalen, Lacqtène, Lupolen, Manolène, Marlex, Moplen,Plastazote, Polystone, Polythen, Sclair, Stamylan, Stamylex, Supralen,Surlyn[45],Tupperware,Tyvek, Vestolen APolyéthylène (polyoléfine)1939 (PEBD), 1955 (PEHD)
PET, PETEArnite, Baydur, Bidim,Dacron, Diolen, Ektar, Ertalyte, Hostadur K et A, Kodar, Mélinex,Mylar, Pocan, Raditer, Rhodester, Rynite, Tenite,Tergal, Terphane,Terylene, Trevira, UltradurPoly(téréphtalate d'éthylène) (polyester saturé)1946
PMMAAcrigel, Altuglas, Altulite, Bonoplex,Corian, Deglan, Limacryl, Lucite, Metacrilat, Oroglas, Perspex,Plexiglas, Resalit, VitroflexPoly(méthacrylate de méthyle) (acrylique)1933
POMAcetaver, Bergaform, Celcon,Delrin, Ertacetal, Hostaform, Kematal, Kepital, Kocetal, UltraformPolyformaldéhyde (polyacétal)1958
PPAmoco, Appryl, Carlona, Eltex, Hostalen PP, Luparen, Moplen, Novolen, Oléform, Polyflam, Profax, Propathene, Prylène, Stamylan P, Trovidur PP, Vestolen PPolypropène (polyoléfine)1957 (PPi), 1992 (PPs)
PSCarinex, Edistir, Empera, Gedex, Hostyrène, Lacqrène, Luran, Lustran, Lustrex,Noryl (mélange PPO/PS), Polyflam, Polystyrol, Riviera, Styranex, Styroflex, Styron, Trolitul, Ursaa, VestyronPolystyrène (styrénique)1935
PVACElvacet, Hostaflex[46], Mowilith, Rhovyl, Vinnapas, Vinyon[46]Poly(acétate de vinyle) (vinylique)1928
PVCBenvic, Breon, Corfam, Darvic, Dynel[47], Garbel, Gedevyl, Hostalit, Lacovyl, Lacqvil, Lucolène, Lucovyl, Lucalor, Lucoflex, Micronyl, Mipolam, Nakan,Saran[48],Skaï, Solvic, Tefanyl, Trovidur, Ultryl, Vestolit, Vinidur, Vinnol, Vinnolit, Vinoflex, VinylitePoly(chlorure de vinyle) (vinylique)1931
SANCifra, Elvan, Kostil, Lacqsan, Luran, Lustran, Restil, Tyril, VestoranCopolymèrestyrène-acrylonitrile (styrénique)années 1950
Thermodurcissables
Codes ISO 1043-1Quelques noms commerciauxPolymèresProduction industrielle depuis[43]
EPAraldite, Devcon, DER, Doroxin, Epikote, Epon,Epotek, Epotuf, Epoxin, Eurepox, Lekutherm, Lopox, RutapoxPolyépoxydes1946
MFArborite,Formica, Hostaset MF, Melochem, MelopasMélamine-formaldéhyde (aminoplastes)années 1920
PFBakélite, Cascophen,Catalin, toile bakélisée (Celoron), papier bakélisé, bois bakélisé, Fluosite, Hostaset PF, Luphen, Micarta, Peracite,Tego film, Trolitan, TufnolPhénol-formaldéhyde (phénoplastes)1910
PURBaydur, Bayflex, Baygal, Cyanapren, Daltoflex, Definal, Desmodur, Desmolin, Estolan, Lupranat, Lupranol, Luvipren, Moltopren, Napiol, Scurane, Urepan, Voranol, Vulkolian, VulkollanPolyuréthanesréticulés1940
UFAerodux,Aerolite, Beckamin, Cascamite, Hostaset UF,Kaurit, Pollopas, Prystal, UrochemUrée-formaldéhyde (aminoplastes)1923
UPHostaset UP, Leguval, Palatal, Pregmat, Ukapon, VestopolPolyesters insaturés1950
Plastiques techniques
Codes ISO 1043-1Quelques noms commerciauxPolymèresProduction industrielle depuis
PTFEAlgoflon, Ertaflon, Fluon, Gaflon, Halon, Hostaflon, Polyflon, Soreflon,Téflon, VoltalefPolytétrafluoroéthylène (fluoropolymère)1942

Lespolyimides, lepolytétrafluoroéthylène et lessilicones peuvent être classés dans lesthermostables[49] ou les polymères techniques.

Économie

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L'importance économique des matières plastiques est majoritaire dans la chimie industrielle. Leur percée est telle que leur consommation actuelle en volume est supérieure à celle des métaux.

Production

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Tendance asymptotique de l'évolution de la production à échelle planétaire ; au début desannées 2000, plus de plastique a été créé en une décennie qu'au cours des 40 années précédentes. Depuis, la production a explosé. Le diagramme montrant la production de plastique à partir de1950 en millions de tonnes ; plus de la moitié du plastique produit l'a été en 10 ans, de 2000 à 2020.
Évolution de la production des plastiques entre1950 et2012, en Europe et dans le monde.
l'Union européenne en produit proportionnellement moins, mais en importe beaucoup, de Chine notamment

Monde

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Entre1950 et2017, selon l'Atlas du plastique de lafondation Heinrich-Böll, 9,2 Gt (milliards de tonnes) de matières plastiques ont été produites. Sur plus de 400 Mt (millions de tonnes) produites chaque année dans le monde, contre 2 Mt en1950, 158 Mt sont utilisées par le secteur de l'emballage. 40 % environ des produits en plastique sont jetés au bout de moins d'un mois[50]. 51% de tous les plastiques sont produits en Asie, où le plus grand producteur est la Chine[51].

La production mondiale de plastiques augmente régulièrement ; 1,5 Mt en 1950[52], 280 Mt en 2011[53],311 millions de tonnes en 2014[54],322 millions de tonnes en 2015[55]. La production mondiale de plastiques cumulée depuis 1950 se monte à 8,3 milliards de tonnes (6,3 sont des déchets, dont seuls 9 % ont été recyclés, 12 % ont été incinérés et 79 % accumulés dans des décharges ou dans la nature) et pourrait atteindre 25 milliards de tonnes d’ici à 2050, selon une étude publiée le dans la revueScience Advances[56]. Avec une production mondiale de ~54 Mt en 2001, le polyéthylène [(-CH2-)n] est un polymère de synthèse très consommé[57].Les plus répandus sont le polypropylène [(-CH2-CH(CH3)-)n], le polyéthylène, le poly(chlorure de vinyle) [(-CH2-CH(Cl)-)n], le polystyrène, le polyuréthane et le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET, PETE).

Le PET et le poly(carbonate de bisphénol A) (PC, thermoplastique technique) connaissent une forte progression depuis les années 1990. La production totale du PET était de ~18 Mt en 2001.

Europe

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La production de matières plastiques de l'Union européenne a augmenté de 10,2 % en 2021 ; elle dépasse de 4,7 % celle de 2019, après sa chute durant lacrise du Covid-19[58].

France

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La production de plastique a augmenté de 6,1 % en France en 2021 ; elle reste inférieure de 2 % à son niveau de 2019[58].

La production de plastique a augmenté de 7,8 % en France de 2016 à 2017[59]. Chaque année, 11 200 tonnes de déchets plastique français sont déversés dans lamer Méditerranée[60]. Les rivières sont également atteintes par la pollution auxmicroplastiques[61]. Selon lecommissariat général au développement durable, d'après PlasticsEurope (en 2019), 22 % des déchets plastiques du pays et 26 % des déchets d’emballages plastiques sont recyclés[62] ; et des mesures visant à réduire ou supprimer l’utilisation du plastique sont présentes dans le plan Biodiversité (2018), dans la loi pour la reconquête de la biodiversité (2016), dans la loi de transition énergétique pour la croissance verte (2015), etc. La feuille de route pour l’économie circulaire vise 100 % des déchets plastiques recyclés en 2025[62].

Consommation

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Demande européenne de plastiques par secteur en 2012.

La production mondiale de matières plastiques a progressé de 4,5 % par an en moyenne depuis 1990, selon les estimations de PlasticsEurope pour 2018. La planète consomme trois fois plus de plastique qu'il y a 25 ans, 200 fois plus qu'en 1950. Le potentiel de croissance dans les pays émergents est énorme : un Africain ou un Indien utilise en moyenne 4 kg de plastique par an, contre 60 à 80 kg pour un Européen ou un Américain, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE). L'emballage est le principal débouché : 36 % de la consommation totale, suivi par la construction : 16 % et le textile : 15 %[63].

La consommation par habitant était de 92 kg de plastique en Europe occidentale en 2000. La consommation globale de plastique est passée de 5 Mt dans lesannées 1950 à presque 100 Mt en 2010[64].

Au sein de celle-ci, le plastique utilisé à des fins éphémères représente plus de 44 % du total ; les activités depackaging (emballage) forment la plus grande partie de cet usage « jetable » des plastiques et, au sein dupackaging, lepackaging à usageagroalimentaire représente plus de la moitié, en poids, du total[65].

En 2012, outre lepackaging, les secteurs dubâtiment, de l'automobile, de l'électricité-électronique et de l'agriculture sont des forts consommateurs de plastiques[54].

Applications

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Casque de sécurité.
Conteneurs pour vrac.

De nombreuxsecteurs d'activité utilisent les matières plastiques[66] :

Bioplastiques

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Article détaillé :Bioplastique.

Le marché des polymères biosourcés [polymères pour lesquels une partie des matières premières provient deressources renouvelables (surtout, lemaïs, leblé, l'eucalyptus et lapomme de terre)] a connu une expansion importante depuis une dizaine d'années. Lesbioplastiques commercialisés contiennent entre 30 et 100 % de ressources renouvelables. L'utilisation debiomasse atténue lechangement climatique par réduction d'émission degaz à effet de serre (CO2).

Les bioplastiques disponibles sur le marché sont de 20 à 30 % plus chers que les plastiques d'originepétrochimique. Cependant, l'augmentation de la part « ressources renouvelables » associée à l'augmentation des volumes de production aboutiront à une offre économiquement attractive.

Ces matériaux sont souvent à base d'amidon (polymère abondant, peu cher et facilement transformable) et de fibres (naturelles) de bois, de lin, dechanvre, desisal ou dejute.

Les bioplastiques restent cantonnés à des usages limités, principalement dans l'emballage (en remplaçant par exemple lePET, PETE), qui concentre 90 % de l'activité[67].

Environnement

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Outre qu'ils sont à l'origine d'une consommation importante de pétrole et d'une émission degaz à effet de serre, les plastiques posent des problèmesenvironnementaux lorsqu'ils ne font pas l'objet d'un tri et d'unrecyclage soignés, notamment lorsqu'ils contiennent duchlore (comme lePVC) et desmétaux lourdstoxiques tels leplomb ou lecadmium. Ici il s'agit de bouteilles s'accumulant dans les buissons du désert duSinaï.

Bilan écologique

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Chaque année, plus de 10 millions de tonnes de plastiques finissent dans les mers et les océans[68] ; une grande partie s'agglomère dans cinq gigantesquesgyres dits « soupes de plastiques » ; peu reste en surface, l'essentiel finit sur les côtes ou sombre. Lesmicroplastiques etnanoplastiques se retrouvent aujourd'hui dans tous les environnements.

Sa production a doublé en vingt ans et devrait à nouveau doubler dans les vingt ans et quadrupler avant 2050. Cette production émet d'énormes quantités degaz à effet de serre ; d'après leCenter for International Environmental Law, la production de plastique pourrait émettre 53,5 Gt (milliards de tonnes) de CO2 d'ici à 2050, et 56 Gt en ajoutant l'incinération, ce qui représenterait près de 10 % des émissions totales à ne pas dépasser pour respecter l'Accord de Paris sur le climat[50],[1].

Sous la pression des consommateurs, relayée par les industries utilisatrices de plastique, les producteurs de plastique cherchent des parades ; l'interdiction des sacs plastiques et des produits à usage unique, en particulier en Europe, ne concerneraient que 3 à 4 % de la demande mondiale de plastique, mais si la pression s'accroît encore et si le recyclage se développe fortement, la croissance annuelle du secteur du plastique pourrait se trouver potentiellement divisée par deux. En janvier 2019, une vingtaine de multinationales (productrices de matières plastiques, consommatrices d'emballages et acteurs de la gestion des déchets) ont lancé la controverséeAlliance to End Plastic Waste (« Alliance pour l'élimination des déchets plastiques ») qui promet de dépenser au moins un milliard de dollars sur cinq ans pour financer des projets de collecte, de recyclage ou de nettoyage dans les pays émergents[63].

Si lesécobilans des bouteilles et de nombreux objets sont complexes, de nombreux impacts sont reconnus. Et selonNature (2022)« Si rien n'est fait, la production et l'élimination des plastiques seront responsables de 15 % des émissions de carbone autorisées d'ici 2050 si le monde veut limiter le réchauffement climatique à1,5 °C au-dessus des températures préindustrielles »[1].

Phase de production

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  • Lescombustibles fossiles (pétrole en particulier) utilisés pour la fabrication des matières plastiques sont des sources importantes degaz à effet de serre.
  • Lamise en œuvre d'une matière plastique utilise souvent desgranulés industriels semi-finis. Une quantité importante de ces granulés plastiques se retrouve dans le milieu naturel. Cette matière plastique de synthèse est présente sur les plages de toutes les mers du globe[69]. Ces petites billes, cylindres ou pastilles de plastique, sont appelés poétiquement « larmes de sirène ». L'origine de ces granulés dans l'environnement est connue : les déversements accidentels, le transport ou les utilisations inappropriées sont en cause[70]. Une évaluation initiale de la présence de ces granulés[71] a été réalisée en France en 2011 pour le processus européen de laDirective-cadre Stratégie pour le milieu marin (DCSMM) et le Bon état écologique[72].
  • De nombreuxadditifstoxiques (plomb,cadmium en particulier) ont été utilisés pour la fabrication de certaines matières plastiques courantes, telles le PVC. La directive 2000/53/EC de l'Union européenne en interdit désormais l'utilisation (plomb, cadmium,mercure,chrome VI).

Phase d'utilisation

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  • Dessubstances chimiques, en particulier présentes dans le plastique, seraient « au premier rang des accusés » de la chute de la qualité desspermatozoïdes (réduite de 50 % depuis 1950) et des maladies liées à l'appareil génital à travers lesperturbateurs endocriniens. Le, le gouvernement français (à travers l'IRESP, structure de recherche créée par l'INSERM et vingt partenaires, et l'AFSSA) a organisé un colloque sur le thème : « Environnement chimique, reproduction et développement de l'enfant ». Les principaux composés incriminés sont les phtalates et lebisphénol A (BPA)[73], deux substances présentes dans certaines matières plastiques.
  • Parmi les additifs les plus controversés figure le bisphénol A, très présent dans les plastiques alimentaires et notamment dans 90 % des biberons en 2008. Le BPA est un perturbateur endocrinien. L'Association médicale américaine a publié en octobre 2008 une étude concluant qu'une hausse de la concentration de BPA dans l'urine augmentait de 39 % les risques dediabète et demaladie cardiovasculaire. Au Canada, tous les biberons contenant du BPA ont été retirés du marché, en application duprincipe de précaution. En Europe, l'EFSA estime que les doses de BPA absorbées par les bébés sont trop faibles pour êtredangereuses. Certains fabricants de biberons (Dodie,Philips AVENT) ont décidé en 2008 de fabriquer des biberons sans BPA mais commercialisés plus chers[74].
  • L'émanation (relargage) de certains plastiques présents dans l'habitat urbain est connue[75].
  • Lacombustion volontaire ou accidentelle de matières plastiques libère d'importantes quantités defumées souvent épaisses et toxiques, ainsi dans certains cas que des produits tels lesmétaux lourds (plomb, cadmium, etc.) qui servaient à les stabiliser et/ou à les colorer. De nombreuxfumigènes faits soi-même le sont avec du plastique, par exemple ceux à base de balles de ping-pong[76]. Selon les pompiers,« dix kilos de plastique qui brûlent, cela fait 25 000 mètres cubes de fumées »[77].

Déchets

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Déchets plastiques ingérés par un albatros, probablement à l'origine de sa mort.

Les plastiques, à la différence des polymères naturels, sont peu dégradables et malbiodégradés. Parmi les produits finaux de dégradation, certains de leurs additifs sont desperturbateurs endocriniens, et d'autres (métaux lourds, colorants ou stabilisants) sont toxiques et non biodégradables. Dans les années 1980, on a constaté que des milliards depetits fragments de plastiques (dont fils de nylon, rayonne, etc. perdus par les filets, mais aussi lestextiles et fils de couture) étaient apportés en mer, jusque dans l'océan Austral, bien au sud de laconvergence antarctique, enmer de Ross[78]. On en a depuis trouvé dans toutes les mers du globe. Lesimpacts environnementaux sont importants à moyen ou long terme, en particulier quand les plastiques se dégradent en petites particules et participent au transport depolluants organiques et organométalliques ou autres (pesticides, hydrocarbures…) qui peuvent être absorbés par les animauxfiltreurs et les poissons et ainsi s'insérer dans lachaîne alimentaire[79].

Les plastiques flottants deviennent desdéchets marins qui, même dans des zones éloignées (à plus de 2 000 milles marins du continent le plus proche pour lesîles Midway), tuent des espèces protégées et menacées. Lessacs plastiques mangés par destortues qui les confondent avec desméduses ne sont qu'un des exemples. Un autre problème est celui de nombreuxalbatros qui meurent, legésier et l'estomac pleins de dizaines de jouets et objets en plastique, qu'ils ont ingéré en mer ou que leurs parents leur ont apportés au nid. Ces objets sont apportés par les parents à leurs poussins comme s'il s'agissait de nourriture (ils étaient couverts d'œufs ou d'organismes marins comestibles) et à la différence des os ou arêtes avalés par les oiseaux, ils ne peuvent être dissous par lessucs digestifs d'aucun animal, ni ressortir de l'estomac des poussins ou adultes qui finissent par en mourir. Les poussins d'albatros sont ainsi nombreux à mourir d'inanition après avoir ingéré parfois plusieurs dizaines d'objets en plastique (bouchons, morceaux destylos,gadgets et autres jouets pour enfants, débris de récipients, etc.)[80]. On estime que la proportion d'oiseaux marins ingérant du plastique est passée de 5% dans lesannées 1960 à 90% dans lesannées 2020[81].
Selon une étude publiée en 2011 par l'Institut océanographique de San Diego (Californie), on trouvait en 2009 des morceaux de plastique ingérés dans 1 poisson sur 10 dans le Pacifique Nord, et les poissons vivant aux profondeurs moyennes en ingèreraient 24 000 t/an environ[82].

Sur la rive nord de lamer Méditerranée, au large des grandes agglomérations, les déchets solides, constitués à 75 % de plastiques, polluent les fonds marins. Latortue marine, espèce en danger pour l'UICN, s'étouffe avec des sacs plastiques qu'elle prend pour desméduses[83].

La combustion de la plupart des matières plastiques libère de nombreuxpolluants et toxiques[84], en particulier lorsqu'il s'agit dePVC (organochloré)[réf. souhaitée].

En 2012, l'Union européenne plus la Norvège et la Suisse ont produit 25 millions de tonnes de déchets plastiques ; le taux (approximatif) de recyclage des plastiques est égal à 2 % au niveau mondial, à 25 % en Europe et à 20 % en France[85].

Levortex de déchets du Pacifique nord, le plus grandvortex de déchets au monde, contient une telle accumulation de plastique qu'il est surnommé le « septième continent ». Une étude duWWF parue en 2019 indique que la quantité de déchets plastiques accumulée dans l’océan pourrait doubler d’ici 2030 et atteindre300 millions de tonnes[86].

Un autre phénomène, encore émergent, est la diffusion massive depuis lesannées 1990 demicroplastiques etmicrobilles de plastique dans des centaines de produits cosmétiques, dentifrices, savons et shampoings, que l'on retrouve sous forme de déchets mal retenus par lesstations d'épuration, dans les cours d'eau, les lacs et la mer[87].

Dans l'alimentation humaine
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Le poisson et les fruits de mer sont une source importante de protéines pour les humains (6,1 % des protéines alimentaires dans le monde en 2007[88]). Lesmicroplastiques ingérés par lespoissons,mollusques bivalves etcrustacés sont consommés par l'homme qui est situé en fin deréseau trophique. Selon un rapport commandé par leWWF à l'université de Newcastle (Australie), et publié en 2019, un individu moyen pourrait ingérer jusqu'à cinq grammes de plastique chaque semaine.

Recherches de solutions
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Plusieurs chercheurs s'intéressent à la biodégradation du plastique par des microorganismes[89]. En 2019, des chercheurs de l'université technique de Crète ont notamment découvert que des bactéries étaient capables de digérer le plastique. Ils utilisèrent pour cela deux types de plastiques altérés, du polyéthylène et du polystyrène, qu’ils introduisirent dans une solution salée contenant soit des bactéries pélagiques, soit des bactéries capables de vivre uniquement avec du plastique comme source de carbone. Les scientifiques ont suivi les matériaux durant 5 mois. Les résultats montrèrent que le poids du polyéthylène avait chuté de 7 % et celui du polystyrène de 11 %, donnant ainsi un espoir pour détruire efficacement la pollution plastique océanique et marine[90].

En 2019, l’ONG néerlandaiseThe Ocean Cleanup présenteThe interceptor, péniche autonome et fonctionnant à l'énergie solaire dont l'objectif est de récupérer les déchets présents dans les rivières à l'aide de flotteurs. Automatique, une fois les bennes remplies, le bateau les ramène vers uncentre de tri. Deux prototypes sont expérimentés enIndonésie et enMalaisie[91].

Recyclage

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Article détaillé :Valorisation des déchets en matière plastique.
Principe du recyclage : les matières thermoplastiques, à la différence des matières thermodurcissables ou des élastomères, peuvent être récupérées, broyées et transformées pour être réutilisées (ici enChine).

Lerecyclage est unprocédé de traitement des matériaux qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent.

Selon l'Atlas du Plastique de laFondation Heinrich-Böll, sur les 9 200 Mt de plastiques produites entre 1950 et 2017, seules 600 Mt ont été recyclées ; 900 Mt ont été incinérées, 2 200 Mt sont en cours d'utilisation et 5 000 Mt ont été jetées. En 2017, seulement 14 % des emballages plastiques sont recyclés. La France est un des principaux consommateurs de plastique en Europe : elle en utilise 4,8 Mt par an, soit 70 kilogrammes par habitant. Les emballages sont le premier secteur consommateur de plastique (45 %) ; ils sont responsables de près de 60 % des 3,5 Mt de déchets plastiques produits chaque année, et leur taux de recyclage est de 26 %[50].

La problématique quant au recyclage des polymères provient essentiellement du fait que ces derniers sont rarement utilisés seuls. Pour faciliter la mise en forme, les procédés industriels ont souvent recours à des plastifiants et des charges. En effet, la fabrication d'une bouteille en plastique « recyclé » par exemple nécessite d'une part du plastique recyclé, et d'autre part du plastique vierge. Le pourcentage actuel de plastique recyclé dans une bouteille en plastique avoisine les 25 %[92]. Certaines marques comme Évian veulent atteindre un taux de 100 %[92]. D'autres entreprises (Coca Cola par exemple), sont parfois montrées du doigt car elles disent vouloir atteindre un certain taux alors qu'en réalité il semblerait qu'elles ne fassent aucun effort pour atteindre leur objectif[93]. Cependant, des nouveaux procédés permettent de recycler les polymères en fin de vie.

En raison de leur pouvoir calorifique élevé, ils permettent parincinération d'en obtenir une valorisation énergétique (production d'électricité ou de chaleur à usage industriel ou domestique). On peut aussi procéder par :

La plupart des emballages des produits de la vie quotidienne sont à base de matières plastiques. De nombreuses étapes de transformation du polymère sont pour cela nécessaires. Chaque opération ajoute une valeur au produit. La tendance constatée est que le coût de recyclage augmente considérablement si l'on désire un matériau d'une grande pureté.

Pour aider au recyclage des articles jetables, laSociété de l'industrie plastique a conçu en 1988 un système de marquage par type de matière plastique, lecode d'identification des résines. Un emballage utilisant ce système est marqué d'un triangle fléché à l'intérieur duquel se trouve un numéro indiquant le type de plastique utilisé :

code recyclage SPIcode recyclage SPIcode recyclage SPIcode recyclage SPIcode recyclage SPIcode recyclage SPIcode recyclage SPI

  1. PET ou PETE :poly(téréphtalate d'éthylène) : utilisé habituellement pour les bouteilles d'eau minérale, de sodas et de jus de fruits, les emballages, lesblisters, les rembourrages. Sa dangerosité pour la santé fait débat. Une étude a suggéré que le plastique des bouteilles libère dans l'eau des perturbateurs endocriniens[94], or les conclusions et la méthodologie de cette étude ont été contestées par d'autres experts et des agences de sécurité alimentaire[95] ;
  2. HDPE ou PEHD :polyéthylène haute densité : certaines bouteilles, flacons, et plus généralement emballages semi-rigides. Considéré comme sans danger pour l'usage alimentaire ;
  3. V ou PVC :polychlorure de vinyle : utilisé pour les canalisations, tubes,meubles de jardin, revêtements de sol, profilés pour fenêtre, volets, bouteilles de détergents, toiles cirées. Potentiellement dangereux pour l'usage alimentaire (peut contenir des dioxines, dubisphénol A, du mercure, du cadmium) ;
  4. LDPE ou PEBD :polyéthylène basse densité : bâches,sacs poubelles, sachets, films, récipients souples. Considéré comme sans danger pour l'usage alimentaire ;
  5. PP :polypropylène : utilisé dans l'industrieautomobile (équipements,pare-chocs), jouets, et dans l'industrie alimentaire (emballages). Considéré comme sans danger pour l'usage alimentaire ;
  6. PS :polystyrène : plaques d'isolation thermique pour lebâtiment, barquettes alimentaires (polystyrène expansé), couverts et gobelets jetables, boitiers de CD, emballages (mousses et films), jouets,ustensiles de cuisine, stylos, etc. Dangereux, notamment en cas de combustion (contient dustyrène) ;
  7. OTHER ou O : tout plastique autre que ceux nommés de 1 à 6. Inclut par exemple les plastiques à base de polycarbonate ; les polycarbonates debisphénol A sont potentiellement toxiques.

À partir de 2014, des pays développés comme laChine refusent l'importation de déchets plastiques en provenance des États-Unis, en raison de différents commerciaux ou de guerre commerciale[96],[97].

À partir de 2018, des pays en développement comme laChine et l'Indonésie refusent l'importation de déchets plastiques destinés au recyclage[98].

Aux États-Unis, seule une petite partie des plastiques 1 et 2 sont recyclés[96].

Projet de traité international

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Article détaillé :Traité international contre la pollution plastique.

[99]Les pourparlers sur un traité juridiquement contraignant ont démarré en 2022, sous l'égide duPNUE, et devraient durer deux à trois ans[1].

Notes et références

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  1. abcd ete(en) « Landmark treaty on plastic pollution must put scientific evidence front and centre »,Nature,vol. 603,no 7900,‎,p. 202–202(ISSN 0028-0836 et1476-4687,DOI 10.1038/d41586-022-00648-9,lire en ligne, consulté le).
  2. GerhardFauner et WilhelmEndlich (trad. E. Degrange),Manuel des techniques de collage [« Angewandte Klebtechnik: Ein Leitfaden und Nachschlagewerk für die Anwendung von Klebstoffen in der Technik »], Paris/Munich, Soproge/Carl Hanser Verlag, 1979 (hanser)-1984 (soproge), 234 p.(ISBN 978-3-446-12767-8 et3-446-12767-4),p. 10-11.
  3. Description sur les fragments d'un bas-relief provenant du tombeau du vizirRekhmirê, deThèbes, en 1470 av. J.-C. (d'après G. Fauner et W. Endlich, cités plus haut).
  4. La polymérisationradicalaire de l'éthylène fonctionne sous une pression de 150 à300 MPa, soit ~1 5003 000 bar, l'amorceur étant ledioxygène ou unperoxyde organique. Parfois, lesréacteurs de polymérisationexplosaient à la barbe de leursmanipulateurs.
  5. ab etcOQLF, « La typographie - Marques de commerce »,.
  6. Pour affiner le procédé de fabrication, les responsables de Du Pont décidèrent de mobiliser pas moins de 230 chercheurs.
  7. Le sigle générique des polyuréthanes est PUR, mais les polyuréthanesthermoplastiques (à chaînes linéaires) sont souvent désignés par TPU.
  8. (en) Jeffrey L.Meikle,American Plastic: A Cultural History, Rutgers University Press,(ISBN 978-0-8135-2235-7,lire en ligne)
  9. Mot-valise formé avec les deux premières lettres debutadiène et de natrium,sodium en allemand (l'amorceur de lapolymérisation anionique du butadiène est le sodium).
  10. L'ancien coureur cycliste anglaisChris Boardman a battu lerecord du monde de l'heure sur unvélo en Kevlar de 7,1 kg en1993.
  11. L'industrie aéronautique fait notamment appel aux fibres peu denses de Kevlar (fibres non cassantes,d~1,45) et decarbone (d~1,74). Par exemple, les matériaux composites représentent 35 % du poids de l'Airbus A400M Atlas.
  12. L'introduction de poudres d'aluminium dans les polyacétals ou les polyamides a permis d'obtenir des moulagesconducteurs pouvant êtreplaqués avec des métaux.
  13. Les caractéristiques dépendent de la masse molaire, du procédé de fabrication, du taux d'humidité et du taux de cristallinité.
  14. Tf etTr désignent la température de fusion d'unpolymère semi-cristallin et la température de ramollissement d'un polymère amorphe, respectivement. Cette dernière peut être mesurée simplement en laboratoire par laméthode « bille et anneau ».
  15. Température maximale d'utilisation en continu.
  16. Lessilicones sont despolymères minéraux car constitués d'enchaînements -Si-O-.
  17. Certaines substances (monomères non polymérisés, résidus catalytiques, impuretés diverses, etc.) peuvent être présentes involontairement dans la résine. Une phase de lavage de la résine peut les éliminer.
  18. a etbLire en ligne,Société française de chimie,Matières plastiques,8e éd., 2009.
  19. L'indice de fluidité (MFI, voir plus loin), par exemple, est une mesure de masse molaire moyenne d'un échantillon de thermoplastique. Ces deux quantités sont inversement proportionnelles, ainsi un échantillon d'un indice de fluidité élevé, bien que facile à transformer, aura une résistance mécanique relativement faible.
  20. Pour divers thermoplastiques, les charges ne sont pas indispensables, mais depuis1950 et avec les crises de l'énergie, elles sont de plus en plus incorporées pour réduire les coûts. Les matériaux thermodurcissables moulés contiennent toujours des charges ; ils sontailleurs souvent qualifiés de matériaux composites.
  21. Lacraie, très utilisée, est la charge la moins chère. Elle est souvent enrobée avec par exemple de l'acide stéarique pour améliorer la dispersion dans la matrice.
  22. (en)Provisional list of additives used in Plastics[PDF] (à propos de la réglementation européenne sur les additifs des plastiques), 14 août 2008, 6 p. (consulté le 11 novembre 2012).
  23. Le matériau non réticulé peut être monocomposant [résine et durcisseur mélangés ;cuisson nécessaire pour réticuler (déblocage thermique)] ou bicomposant (durcisseur séparé de la résine ; ces deux produits ne sont mélangés qu'au moment de l'emploi).
  24. Desretardateurs de flamme sont utilisés dans les composants qui chauffent ; par exemple, lesPBB et lesPBDE, deux groupes de produits chimiquesbromés toxiques. Selon ladirective RoHS, leséquipements électriques et électroniques ne doivent pas contenir plus de 0,1 % en poids de PBB et de PBDE.
  25. Facilité de transformation, tolérances serrées, rigidité et tenue en température constituent des contraintes à respecter, suivant l'application.
  26. (en)Plastic Additives Market Size, Share & Trends Analysis Report By Function (Stabilizers, Processing Aids), By Product (Plasticizers, Flame Retardants), By Region, And Segment Forecasts, 2015-2022, 2016,résumé
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  28. Les composants (boîtiers, supports de contact électrique, connecteurs, etc.) en polymère sont largement utilisés dans les secteurs très exigeants de l'électricité et de l'électronique.
  29. Lesamines aromatiques sont interdites pour les matériaux à usage alimentaire.
  30. Une application de l'analyse thermogravimétrique (ATG) est orientée vers l'étude des domaines de stabilité thermique et des cinétiques de dégradation (influence d'additif antioxydant, dosage d'eau, de solvant) ou vers la mesure du taux de résine d'un matériau composite.
  31. Certains colorants organiques posent problème en injection car modifiant la viscosité du mélange et donc le remplissage du moule. Ils doivent être stables à la température de mise en œuvre (parfois jusqu'à280 °C). Exemples :azoïques etanthraquinoniques.
  32. Dans la structure linéaire, les chaînes moléculaires peuvent se déplacer plus facilement que dans la structure réticulée. Une structure tridimensionnelle, qui ne permet pratiquement aucune rotation autour des liaisons, élève la rigidité moléculaire et par suite modifie les propriétés physico-chimiques.
  33. Le PVC est un polymère amorphe ou faiblement cristallin, selon lesgrades.
  34. Par exemple, si on compare deux types de polymère, une valeur élevée d'indice de fluidité indique une transformation plus facile. Dans des procédés de transformation impliquant desvitesses de cisaillement élevées (par exemple le moulage par injection) un polymère d'indice important, et donc de masse molaire peu élevée, doit être choisi (pour minimiser lespertes de charge dans les divers circuits d'alimentation, si la matière est injectée dans un moule).
  35. Pour ce modèle, laforce maximale de verrouillage du moule est de 1 370 kN, soit~140 « tonnes » (unité couramment utilisée dans la profession) ; le volume injectable de chaque unité d'injection est différent.
  36. Au débouché d'une filière d'extrudeuse, pour garder au profil une résistance mécanique suffisante, il faut utiliser un polymère de masse molaire suffisamment élevée.
  37. Pour les thermoplastiques, les pressions d'injection sont très élevées (de l'ordre de 50 à180 MPa selon le matériau) ainsi que les cadences de production (cycle de 10 à 60 s par pièce, environ).
  38. La masse molaire du UHMWPE varie de 1 à 5 × 106 g mol−1 (implants chirurgicaux, plaques pour remplacer la glace despatinoires, fibres solides pour la fabrication de gilets pare-balles, etc.).
  39. Ces matériaux ne sont pas considérés comme des matières « plastiques » car ils sortent du cadre de la plasturgie.
  40. Lavalence du motif monomère permet de classer les polymères en linéaires et tridimensionnels, mais certaines structures intermédiaires (polymères ramifiés, polymères lamellaires) ne peuvent que difficilement être assimilées à l'une ou l'autre catégorie.
  41. À ne pas confondre avec le « polystyrène choc » (SB) qui est un copolymère « bloc »styrène-butadiène ; la teneur enmotifs styréniques du SB est majoritaire.
  42. Liste provenant de sources diverses et en partie de : Hüthig Verlag - Regloplas AG/Motan GmbH,Temperaturtabellen-Temperature Tables-Tables de Températures, dans les séries « Plast Praxis »,13e éd., 2002,(ISBN 3-7785-3019-4).
  43. a etbEn partie d'aprèsH. Domininghaus,Les matières plastiques les plus usuelles,Hoechst AG.
  44. Les polyamides aliphatiques sont les plus produits [polycaprolactame (PA-6), polyhexaméthylène adipamide (PA-6,6), etc.]. Le PA-11 (Rilsan) est synthétisé à partir d'huile de ricin ; c'est un bioplastique biosourcé non biodégradable.
  45. Le Surlyn est unionomère : copolymère statistique d'éthylène avec 1 à 10 % d'unacide carboxylique insaturé (acide méthacrylique) ; formation ionique avec descations telsNa+,K+ ouMg2+ (vitres pare-balles…).
  46. a etbCopolymèreCV-AV. La résine à environ 10 % d'AV était utilisée pour le pressage desdisques microsillons.
  47. Copolymère 60 %CV-40 %AN ; fibres ininflammables et résistantes aux agents chimiques (filtres industriels).
  48. Copolymère 85 % chlorure de vinylidène-15 %CV (code PVDC) ; montre une très faible combustibilité : ILO (indice limite d'oxygène) = 60 (valeur très élevée, recherchée) (films d'emballage, filtres industriels, tissus d'ameublement, cordages résistants à l'eau).
  49. Leur thermostabilité est respectivement due à la présence de noyaux phénylènes, defluor et desilicium.
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Annexes

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