La chimie à l’école — Années 1 à 12 · Grades 1–12

15Les matières plastiques et les matériaux synthétiques

Compte les objets en plastique que tu touches en une matinée : une brosse à dents, une bouteille, un imperméable, une coque de téléphone, le siège d’un bus, le sac des courses. Presque aucun n’existait il y a cent vingt ans, et aucun n’a poussé sur un arbre ni n’a été extrait du sous-sol. Les matières plastiques sont des matériaux inventés par les chimistes — légers, bon marché, imperméables, façonnables à volonté — et ce succès même est devenu un problème.

Rappel

Les matériaux naturels s’utilisent à peu près tels qu’on les trouve dans la nature ; les matériaux fabriqués sont obtenus en transformant des matières premières, et le recyclage transforme le matériau de vieux objets en objets neufs (Chapitre 7). La combustion d’un combustible fait de carbone et d’hydrogène donne du dioxyde de carbone et de l’eau (Chapitre 14).

Des objets en plastique de tous les jours : une bouteille, un pot, un sac, un tuyau, un gobelet, une brosse à dents.

15.1 Matériaux naturels, artificiels et synthétiques

Définition 15.1 (Matériaux artificiels et synthétiques)

Parmi les matériaux fabriqués, un matériau artificiel est obtenu en transformant chimiquement un matériau naturel : le papier et la viscose (un tissu), à partir de la cellulose du bois. Un matériau synthétique est fabriqué à partir de substances construites par les chimistes, le plus souvent à partir du pétrole brut, et n’a pas d’équivalent naturel : le nylon, le polyester, les matières plastiques.

Matériaux naturels, artificiels et synthétiques.

15.2 Ce que sont les matières plastiques

Définition 15.2 (Matière plastique)

Une matière plastique est un matériau synthétique fait de très longues molécules, que l’on peut mettre en forme par moulage — le plus souvent à chaud, quand elle est molle — et qui garde sa forme en refroidissant. La plupart des matières plastiques sont fabriquées à partir de pétrole brut ou de gaz naturel.

Remarque 15.3 (De très longues molécules)

Une molécule d’eau contient trois atomes ; une molécule de matière plastique peut en contenir des dizaines de milliers, reliés en une longue chaîne, comme un collier de perles identiques. La façon dont on construit de telles chaînes est l’objet d’un chapitre de la fin de ce livre.

Une image, pas un modèle : la molécule d’une matière plastique est une très longue chaîne de motifs identiques.

Histoire des sciences — La bakélite, 1907

La première matière plastique entièrement synthétique fut fabriquée par le chimiste Leo Baekeland en 1907, à partir de phénol, tiré du goudron de houille, et de formaldéhyde. Dure, sombre et résistante à la chaleur, la bakélite devint le matériau des téléphones, des postes de radio et des interrupteurs électriques. Le nylon suivit dans les années 1930, puis les plastiques des bouteilles et des sacs après la Seconde Guerre mondiale.

Un téléphone en bakélite de 1947. Photo : Holger Ellgaard, CC BY-SA 3.0.

15.3 Les principales matières plastiques et leurs codes

Définition 15.4 (Code d’identification des résines)

Le code d’identification des résines est un nombre de 1 à 7, imprimé dans un triangle de flèches sur un objet en plastique, qui désigne la matière plastique dont il est fait, afin qu’on puisse le trier pour le recyclage. Le triangle ne signifie pas que l’objet sera recyclé.

Proposition 15.5 (Sept codes)

Les codes, avec les usages les plus courants de chaque matière plastique :

code	matière plastique	objets typiques
1	PET, polytéréphtalate d’éthylène	bouteilles d’eau et de soda, fibres polaires
2	PEHD, polyéthylène haute densité	bouteilles de lait et de shampooing, bouchons
3	PVC, polychlorure de vinyle	tuyaux, cadres de fenêtres, câbles
4	PEBD, polyéthylène basse densité	sacs, films
5	PP, polypropylène	pots de yaourt, bouchons, pare-chocs
6	PS, polystyrène	gobelets et barquettes en mousse, boîtiers de CD
7	autres plastiques	mélanges, emballages multicouches

Les sept codes d’identification des résines, chacun avec le nom abrégé de sa matière plastique.

15.4 Thermoplastiques et thermodurcissables

Définition 15.6 (Thermoplastique et thermodurcissable)

Un thermoplastique se ramollit chaque fois qu’on le chauffe et durcit de nouveau en refroidissant : on peut le fondre et le mouler encore et encore (PET, polyéthylène, PVC, polypropylène, polystyrène). Un thermodurcissable durcit pour de bon la première fois qu’on le chauffe et qu’on le moule : chauffé de nouveau, il ne se ramollit pas mais se carbonise (la bakélite, les résines des colles et des coques de bateau).

Remarque 15.7 (Lesquels se recyclent)

Les thermoplastiques peuvent être fondus et moulés de nouveau : ce sont les matières plastiques que l’on recycle en objets neufs. Les thermodurcissables ne peuvent pas être fondus de nouveau.

15.5 Les matières plastiques dans l’environnement

Proposition 15.8 (Les matières plastiques durent)

Le monde a utilisé environ 460 millions de tonnes de matières plastiques en 2019 et jeté environ 353 millions de tonnes de déchets plastiques ; le plastique recyclé ne représentait qu’environ $6\,\%$ du plastique utilisé. Les matières plastiques ne pourrissent pas : dans la nature, elles se brisent en morceaux de plus en plus petits, les microplastiques, que l’on retrouve dans les rivières, les océans, les sols et le corps des animaux.

Des déchets plastiques rejetés sur une plage.

Remarque 15.9 (Brûler les matières plastiques)

Les matières plastiques brûlent, et elles produisent du dioxyde de carbone quand elles brûlent complètement. Mais brûlées dans un feu de jardin, elles brûlent de façon incomplète et libèrent de la suie, du monoxyde de carbone et d’autres substances nocives ; le PVC, qui contient du chlore, dégage du chlorure d’hydrogène, un gaz corrosif. Les déchets plastiques ne sont brûlés que dans des incinérateurs conçus pour épurer leurs fumées.

15.6 Exercices

Exercice 15.1 ★

Naturel, artificiel ou synthétique ? Le coton, le nylon, le papier, la laine, le polystyrène, la viscose.

Solution

Solution de Exercice 15.1.

Naturels : le coton, la laine. Artificiels : le papier, la viscose. Synthétiques : le nylon, le polystyrène.

Exercice 15.2 ★

À partir de quelle matière première la plupart des matières plastiques sont-elles fabriquées ?

Solution

Solution de Exercice 15.2.

Du pétrole brut (ou du gaz naturel).

Exercice 15.3 ★

Quelle matière plastique porte le code 1 ? Donne un objet fait de cette matière.

Solution

Solution de Exercice 15.3.

Le PET (polytéréphtalate d’éthylène) : les bouteilles d’eau et de soda.

Exercice 15.4 ★

Quelle est la différence entre un thermoplastique et un thermodurcissable ?

Solution

Solution de Exercice 15.4.

Un thermoplastique se ramollit chaque fois qu’on le chauffe et peut être moulé de nouveau ; un thermodurcissable durcit pour de bon la première fois et se carbonise au lieu de se ramollir.

Exercice 15.5 ★★

Un pot de yaourt porte le code 5. Nomme sa matière plastique, et dis si elle pourrait en principe être fondue et moulée de nouveau.

Solution

Solution de Exercice 15.5.

Le polypropylène (PP), un thermoplastique : on peut le fondre et le mouler de nouveau.

Exercice 15.6 ★★

Pourquoi un triangle de flèches sur un objet ne signifie-t-il pas que l’objet sera recyclé ?

Solution

Solution de Exercice 15.6.

Le triangle ne fait que désigner la matière plastique, pour aider au tri. Que l’objet soit recyclé dépend de sa collecte et de l’existence d’une usine qui recycle cette matière.

Exercice 15.7 ★★

Pourquoi le manche d’une poêle est-il souvent fait d’un thermodurcissable plutôt que d’un thermoplastique ?

Solution

Solution de Exercice 15.7.

Une poêle chauffe : un thermoplastique se ramollirait, un thermodurcissable ne se ramollit pas.

Exercice 15.8 ★★

D’après les chiffres de ce chapitre pour 2019, quel pourcentage du plastique utilisé est devenu un déchet cette année-là ? Arrondis à l’unité.

Solution

Solution de Exercice 15.8.

$\frac{353}{460} \approx 0.77$ : environ $77\,\%$ .

Exercice 15.9 ★★

Pourquoi ne faut-il jamais brûler du PVC dans un feu de jardin ?

Solution

Solution de Exercice 15.9.

Le PVC contient du chlore : le brûler dégage du chlorure d’hydrogène, un gaz corrosif, en plus de la suie et du monoxyde de carbone dus à la combustion incomplète d’un feu de jardin.

Exercice 15.10 ★★

Une école utilise 300 bouteilles de $25\,\mathrm{g}$ chacune par semaine, pendant 36 semaines de l’année. Quelle masse de plastique cela représente-t-il en un an ?

Solution

Solution de Exercice 15.10.

$300 \times 36 = 10\,800$ bouteilles ; $10\,800 \times 25 = 270\,000$ g, soit $270\,\mathrm{kg}$ .

Exercice 15.11 ★★★

Le polyéthylène n’est fait que de carbone et d’hydrogène. Écris les produits de sa combustion complète. Explique pourquoi le brûler ajoute du dioxyde de carbone à l’air, comme un combustible fossile.

Solution

Solution de Exercice 15.11.

Du dioxyde de carbone et de l’eau. Son carbone vient du pétrole brut, stocké sous terre depuis des millions d’années : le brûler ajoute du dioxyde de carbone à l’air, comme le fait la combustion d’un combustible fossile.

Exercice 15.12 ★★★

Explique comment une bouteille en plastique perdue en mer peut finir, des années plus tard, sous forme de microplastiques dans un poisson.

Solution

Solution de Exercice 15.12.

La bouteille ne pourrit pas : le soleil et les vagues la brisent en morceaux de plus en plus petits. Les minuscules morceaux flottent ou coulent dans l’eau, et les poissons les avalent avec leur nourriture.

15.7 Problème : la chaîne de tri

Problème 15.1

Problème du week-end — une tonne de bouteilles usagées, leurs codes, et les paillettes de plastique propres qui sortent de l’usine

Une usine de recyclage reçoit des balles de bouteilles de boisson usagées. Une balle typique de $1\,\mathrm{t}$ ( $1000\,\mathrm{kg}$ ) contient, en masse : $80\,\%$ de corps de bouteilles en PET, $12\,\%$ de bouchons (PEHD et PP), $5\,\%$ d’étiquettes (film de PP) et $3\,\%$ de saletés et de restes de liquide. Des machines séparent les bouchons et les étiquettes des corps, le PET est broyé en paillettes, et les paillettes sont lavées ; le lavage fait perdre $2.5\,\%$ du PET. Les paillettes propres sont fondues et filées en fibres pour des vestes polaires.

Partie I — Les matières plastiques.

Quel code est imprimé sur les corps des bouteilles ? Sur les bouchons ?
Ces matières plastiques sont-elles naturelles, artificielles ou synthétiques ?
Peut-on fondre et filer de nouveau le PET ? Quelle sorte de matière plastique est-ce donc ?
Pourquoi sépare-t-on les bouchons et les étiquettes des corps avant de fondre le PET ?

Partie II — La balle.

Quelle masse de PET une balle contient-elle ?
Quelle masse de bouchons ? D’étiquettes ?
Quelle masse de la balle n’est pas du plastique ?
Quel pourcentage de la balle est du plastique ?

Partie III — Les paillettes.

Quelle masse de PET est perdue au lavage ?
Une veste polaire demande $0.39\,\mathrm{kg}$ de fibre de PET. Pourquoi vaut-il mieux la fabriquer à partir de paillettes qu’à partir de PET neuf ?
L’usine pourrait brûler les bouchons et les étiquettes pour produire de la chaleur au lieu de les recycler. Nomme le gaz que cela ajouterait à l’air.
Calcule la masse de paillettes de PET propres que fournit une balle.

Solution

Solution de Problème 15.1.

1. Corps : 1 (PET). Bouchons : 2 (PEHD) ou 5 (PP).

2. Synthétiques : elles sont fabriquées à partir de substances construites par les chimistes, surtout à partir du pétrole.

3. Oui : le PET est un thermoplastique.

4. Chaque matière plastique se recycle séparément : fondu ensemble, un mélange de matières plastiques donne un matériau de mauvaise qualité.

5. $0.80 \times 1000 = 800\,\mathrm{kg}$ .

6. Bouchons : $0.12 \times 1000 = 120\,\mathrm{kg}$ . Étiquettes : $0.05 \times 1000 = 50\,\mathrm{kg}$ .

7. $0.03 \times 1000 = 30\,\mathrm{kg}$ de saletés et de liquide.

8. $80 + 12 + 5 = 97\,\%$ .

9. $0.025 \times 800 = 20\,\mathrm{kg}$ .

10. Les paillettes économisent du pétrole brut et l’énergie nécessaire pour fabriquer du PET neuf, et elles transforment un déchet en objet utile.

11. Du dioxyde de carbone (et, si la combustion est mauvaise, du monoxyde de carbone et de la suie).

12. $800 - 20 = 780\,\mathrm{kg}$ de paillettes de PET propres par balle.

Termes définis dans ce chapitre

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