Terminale Bac Pro — Groupement 5 (Chimie) | Chimie | Macromolécules et matériaux
Objectifs du chapitre
Définir ce qu'est un polymère et un monomère
Distinguer polymère et matière plastique
Connaître les principaux plastiques recyclables et leurs codes
Décrire le principe d'une synthèse expérimentale de polymère
Comprendre les enjeux des plastiques biodégradables
Introduction – Les plastiques sont partout
Emballages alimentaires, téléphones, vêtements, pièces automobiles, matériel médical...
Les matières plastiques font partie de notre quotidien. En plasturgie, on fabrique et transforme ces matériaux pour leur donner la forme et les propriétés souhaitées.
Pour bien travailler avec les plastiques, il faut comprendre leur structure chimique :
ce sont des polymères, c'est-à-dire de très longues molécules construites par répétition d'un même motif.
1. Polymère et monomère
Définition
Un monomère est une petite molécule capable de se lier à elle-même de nombreuses fois.
Un polymère est une macromolécule (molécule géante) formée par l'assemblage répété de monomères.
Principe de la polymérisation
$$n \times \text{monomère} \longrightarrow \text{polymère}$$
Le nombre \(n\) est appelé degré de polymérisation (souvent plusieurs milliers).
Exemple – Le polyéthylène (PE)
Monomère : éthylène (CH2=CH2)
Polymère : polyéthylène –(CH2–CH2)n–
Usages : sacs plastiques, bouteilles, films alimentaires
Attention – Ne pas confondre
Polymère = la macromolécule elle-même
Matière plastique = un matériau composé d'un ou plusieurs polymères + des additifs (colorants, plastifiants, stabilisants, charges...)
Un polymère seul n'est pas forcément un plastique utilisable : il faut y ajouter des additifs pour obtenir les propriétés souhaitées.
2. Les principaux plastiques recyclables
Les plastiques les plus courants portent un code de recyclage (numéro dans un triangle de flèches) qui permet de les identifier et de les trier.
1 PET – Polyéthylène téréphtalate
Usages : bouteilles d'eau, bouteilles de soda, emballages alimentaires
Propriétés : transparent, léger, résistant, barrière aux gaz
Recyclage : peu recyclé en pratique (faible densité, coût de collecte)
3. Tests d'identification des plastiques
En laboratoire, on peut identifier un plastique inconnu grâce à des tests simples :
MéthodeIdentifier un plastique
Test de densité : plonger l'échantillon dans l'eau
Flotte → PE ou PP (densité < 1)
Coule → PET, PVC ou PS (densité > 1)
Test de flamme (sous hotte) : observer la couleur de la flamme et l'odeur
PVC : flamme verte, éteint seul, odeur âcre
PE/PP : flamme bleue, goutte en fusion, odeur de bougie
PS : flamme jaune fuligineuse, odeur de styrène
Test au fil de cuivre (test de Beilstein) : un fil de cuivre chauffé posé sur le plastique puis replacé dans la flamme → flamme verte si le plastique contient du chlore (PVC)
4. Synthèse expérimentale d'un polymère
Au laboratoire, on peut réaliser la synthèse d'un polymère simple. Un exemple classique est la synthèse du nylon (polyamide).
Expérience – Le fil de nylon Principe : on met en contact deux solutions non miscibles. À l'interface, une réaction de polycondensation se produit et forme un film de nylon qu'on peut tirer sous forme de fil.
Solution 1 : diamine (hexaméthylènediamine) dans l'eau
Solution 2 : dichlorure d'acide (chlorure de sébacoyle) dans un solvant organique
Résultat : un film de polyamide (nylon) se forme à l'interface
Propriété
Il existe deux grands types de polymérisation :
Polyaddition : les monomères s'assemblent sans perte de petites molécules (ex. : polyéthylène, PVC)
Polycondensation : les monomères s'assemblent avec élimination d'une petite molécule (eau, HCl...) (ex. : nylon, PET)
5. Plastiques biodégradables
Définition
Un plastique biodégradable est un plastique qui peut être décomposé par des micro-organismes (bactéries, champignons) en un temps raisonnable (quelques mois à quelques années) dans des conditions naturelles.
Les plastiques classiques (PE, PVC, PS...) mettent plusieurs centaines d'années à se dégrader dans la nature. Les plastiques biodégradables offrent une alternative pour limiter la pollution.
Exemples de plastiques biodégradables
Matériau
Origine
Usages
PLA (acide polylactique)
Amidon de maïs ou de canne à sucre
Emballages, gobelets, impression 3D
Amidon thermoplastique
Amidon de pomme de terre ou de maïs
Sacs compostables, couverts jetables
PHA (polyhydroxyalcanoates)
Produit par des bactéries
Emballages, applications médicales
AttentionBiodégradable ≠ compostable à la maison.
Certains plastiques biodégradables ne se dégradent que dans des conditions industrielles (température élevée, humidité contrôlée). Il ne faut pas les jeter dans la nature en pensant qu'ils disparaîtront rapidement.
À retenir
Un polymère est une macromolécule formée par répétition d'un monomère
Une matière plastique = polymère(s) + additifs
Les codes de recyclage (1 à 7) permettent d'identifier et trier les plastiques
On identifie un plastique par des tests : densité, flamme, fil de cuivre
Polyaddition (pas de perte) ≠ polycondensation (perte d'une petite molécule)
Les plastiques biodégradables (PLA, PHA...) sont décomposés par des micro-organismes
Mini exercices – Vérifie ta compréhension
Exercice 1 – Définir monomère et polymère avec un exemple.
Le monomère est la petite molécule de départ, le polymère est la macromolécule formée par assemblage répété de ce monomère.
Exemple : l'éthylène (CH2=CH2) est le monomère du polyéthylène (PE).
Exercice 2 – Un échantillon de plastique inconnu flotte dans l'eau et brûle avec une flamme bleue. De quel plastique s'agit-il probablement ?
Il flotte (densité < 1) et brûle avec une flamme bleue : c'est probablement du polyéthylène (PE) ou du polypropylène (PP).
Exercice 3 – Quelle est la différence entre un polymère et une matière plastique ?
Un polymère est la macromolécule pure. Une matière plastique est un matériau composé d'un ou plusieurs polymères auxquels on ajoute des additifs (colorants, plastifiants, stabilisants...).
Exercice 4 – Donner un avantage et une limite des plastiques biodégradables.
Avantage : ils se décomposent beaucoup plus rapidement que les plastiques classiques, réduisant la pollution. Limite : certains ne se dégradent que dans des conditions industrielles contrôlées (température, humidité), pas dans la nature.