Collège Notre Dame39 rue Saint Lazare95290 L’Isle-Adam

Les plastiques en débat

Classe 3ème 1

SOMMAIRE

I. Du pétrole aux plastiques

II. Les différentes familles de plastique

III. Les procédés de mise en œuvre

1). L’extrusion2). L’extrusion soufflage3). Moulage par compression4). Le calandrage5). Moulage par injection

IV. L’évolution des plastiques et leurs avantages

1). L’évolution du plastique2). Les avantages du plastique3). Les points négatifs du plastique

INTRODUCTION

On peut définir le plastique comme un matériau obtenu par polymérisation(réaction chimique) et issu du pétrole. A partir de granulés, et par différents procédésde mise en œuvre tels que le calandrage ou l’extrusion soufflage, on aboutit à lamatière plastique que l’on peut regrouper sous diverses familles classées selon leurspropriétés (thermodurcissables, thermoplastiques et élastomères).Ces derniers nous permettent de réaliser une multitude d’objets utiles à la viequotidienne ainsi que dans l’industrie (l’automobile par exemple). Malheureusement,même s’ils sont devenus vitaux pour nous et pour certains recyclables ils sontégalement un danger pour l’environnement.

I. Du pétrole aux plastiques

Issu des sous sols de notre planète, le pétrole devient la matière première laplus présente dans le plastique. Quelles sont les transformations apportées aupétrole pour qu’il devienne du plastique, indispensable à la vie au quotidien ?

Suite au raffinage, a lieu la distillation. Durant la distillation, le pétrole brut estchauffé a environ 1000°C. Puis, le pétrole chauffé rentre dans une colonne defractionnement, d’où sortent divers dérivés du pétrole. Le naphta (substance liquidecomposée d’hydrocarbure, obtenu par la distillation du pétrole brut) sort de lacolonne à environ 160°C. Il faut néanmoins savoir que la colonne est entourée d’eaude manière à pouvoir refroidir le pétrole chaud.

Suite à la production du naphta on obtient des monomères. On réalise alors lapolymérisation.Cette dernière est la réaction chimique qui permet la synthèse des polymères à partirde monomères.Il existe plusieurs types de polymérisation :

- La polyaddition :Formation des polymères sans que les molécules soient éliminées

- La polycondensation,Par élimination d’un condensat, d’eau, d’ammoniaque ou de gaz

carbonique, les Monomères s’associent entre eux sans intervention extérieure.

- La polymérisation radicalaire,Polymérisation en chaîne dans laquelle, comme son nom l'indique, des

radicaux interviennent comme espèce active des radicaux. Elle est constituée detrois étapes simultanées: Amorçage, propagation, terminaison.

Suite à la polymérisation, on mélange les polymères pour obtenir des matièresplastiques qui deviendront les innombrables et divers objets que nous connaissons.Néanmoins la production du plastique coûte cher car les matières premières seraréfient.

II. Les différentes familles de plastique

Les fabricants offrent une très grande diversité de produits mais il existeseulement trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques : lesthermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères, à l’intérieur desquelleson compte une vingtaine de variétés de plastiques différents.

Les thermodurcissables sont des matières plastiques qui, sous l’action de la chaleur,se durcissent progressivement pour atteindre un état solide irréversible. Cesmatières peuvent être recyclées, on trouve dans cette catégorie :-Le Polyuréthane, matière plastique obtenue par polymérisation, entrant dans lacomposition des vernis, des peintures et des caoutchoucs synthétiques.-Le Silicone, nom donné aux dérivés du silicium, se présentent sous forme d’huiles etde résines.-Les Polyesters insaturés sont des résines obtenues par polycondensation.

Les thermoplastiques sont des matières plastiques qui se ramollissent sous l’actionde la chaleur et se durcissent en se refroidissant. On a pour exemple :-Le polyéthylène, une des résines les plus répandues dans le monde.-Le polypropylène, un des polymères les plus polyvalents. Il sert à la fois commethermoplastique et comme fibre.-Le polystyrène, matière plastique résultant de la polymérisation du styrène.

Les élastomères sont des matières d’origine naturelle ou synthétique douéesd’élasticité caoutchouteuse. Ils sont thermoplastiques et deviennentthermodurcissables par vulcanisation.

Les plastiques inventés au XXe siècle ont remplacé les matériaux traditionnelscomme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurspropriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sontlégères, hygiéniques, durables et faites sur mesure. C’est grâce à toutes leursqualités qu’elles sont devenues irremplaçables et omniprésentes dans les objets denotre vie quotidienne.

III. Les procédés de mise en œuvre

Il existe de multiples procédés pour fabriquer des objets en plastique.Différentes catégories de plastiques sont utilisés à cause de leurs différentespropriétés : isolation, solidité, faible coût… Après leur création, différentes machinesservent à mettre en forme la matière plastique qui sera utilisée par la suite pour lacréation d’objets. Nous allons donc vous présenter ces différents procédés.

1). L’extrusion

L'extrusion est un procédé de fabrication (thermo)mécanique par lequel un matériaucompressé est contraint de traverser une filière ayant la section de la pièce à obtenir.On forme en continu un produit long (tube, tuyau, profilé, fibre textile) et plat (plaque,feuille, film). Les cadences de production sont élevées.L'extrusion donne des pièces aux formes encore plus précises que celles qui sontréalisées avec l'estampage ou le matriçage. De plus, les pièces présentent des étatsde surface excellents, ce qui permet souvent de les utiliser sans usinagecomplémentaire. La masse moyenne des pièces extrudées est de l'ordre dukilogramme.Contrairement au laminage et au profilage de bandes qui se limitent généralement àdes formes simples, elle permet d'obtenir des formes très complexes et des profiléscreux.Le procédé est le suivant : La trémie est une bouche d’alimentation en formed’entonnoir où est introduit la pâte plastique, la filière est l’orifice de sortie de la patesortant directement du fourneau cylindrique chauffé. Dans celui-ci tourne une vis quipousse de façon continue la pâte à travers l’orifice de sortie qui constitue la filière. Leconformateur est un appareil de mise en forme, mis directement après la filière. Lebac de refroidissement sert à durcir la pâte en la refroidissant et le banc de tiragesert a tirer la matière finie afin d’avoir une production homogène.

2). L’extrusion soufflage

L'extrusion-soufflage est un procédé de mise en forme de matériaux polymèresthermoplastiques qui est utilisé pour fabriquer des corps creux de contenancevariable (de quelques cm³ à quelques m³) : bouteilles, flacons, bidons, fûts,réservoirs, etc.Ce procédé combine la technique de l'extrusion avec celle du soufflage. Le tube(paraison) extrudé est enfermé dans un moule de soufflage en deux demi-coquillesayant la forme désirée. La paraison présente un orifice à son extrémité, pincée, là oùsera l'ouverture finale du récipient. De l'air sous pression est ensuite insufflé dans lacavité par l'orifice afin de plaquer le tube déformable contre l'empreinte refroidie.Cela permet de figer la pièce dans sa forme finale.Ce procédé permet d’obtenir la majorité des films plastiques, utilisés principalementpour les emballages et l’agriculture etc.

3). Moulage par compression

La matière est introduite sous forme de poudre dans un moule chauffé,pressée et pratiquement cuite en forme dans le moule. On utilise, pour ce procédé,les thermodurcissables. Ceux-ci, avant transformation, sont dans un état depolymérisation inachevée. On utilise, pour les mettre en œuvre : la chaleur, lapression, et certains produits chimiques en faible quantité. Cette méthode permettrad’obtenir un objet définitivement durci.Un pressoir comprime la poudre qui est mise dans un moule posé sur un plateauchauffé. Grâce a la chaleur et à la pression (exercée par le vérin) on peut obtenir unepièce qui aura pris la forme du moule après cuisson.

4). Le calandrage

Des produits plats de plus grande largeur (feuilles, plaques, crêpes) sontobtenus par calandrage d'un matériau thermoplastique ou élastique entre descylindres (éventuellement chauffants). Le calandrage est un procédé de laminage,utilisé pour la production de feuilles de film plastique. La résine thermoplastique estchauffée, fondue et placée entre des rouleaux de tailles variables et chauffants quiopèrent comme les anciennes essoreuses. Cette opération est par exemple utiliséepour fabriquer des revêtements de sols et de murs, des nappes, de l'ameublement,de la maroquinerie et des articles gonflables.

5). Moulage par injection

Le moulage par injection, aussi appelé injection plastique, est un procédé demise en œuvre des thermoplastiques. La plupart des pièces en thermoplastique sontfabriquées avec des presses d'injection plastique. La matière plastique est ramolliepuis injectée dans un moule, et ensuite refroidie. Le moulage par injection est unetechnique de fabrication de pièces en grande ou très grande série. Il concerne avanttout les matières plastiques et les élastomères (caoutchoucs) mais aussi diversmétaux et alliages à point de fusion relativement bas : alliages d'aluminium, de zincou encore laitons. On rencontre des composants moulés par injection dans de trèsnombreux produits manufacturés : automobile, électroménager, matérielinformatique, mobilier...

La matière plastique avant transformation se présente sous forme de petitgranulé dépassant rarement quelques millimètres. Ces granulés servent àalimenter la vis de plastification (type vis sans fin). Celle-ci est chauffée etrégulée en température via le fourreau de plastification. Les granulés dematière plastique sont ramollis par la rotation de la vis de plastificationentraînée par un moteur hydraulique et par l’action de la température dufourreau. Ces deux actions conjuguées permettent d’amener les granulés deplastique jusqu’à un état visqueux.

On lubrifie le moule pour que l’objet final se décroche plus rapidement.

Cette matière est acheminée à l'avant de la vis de plastification donnant ainsiune réserve de matière prête à être injectée (c'est ce que l'on appelle la phasede dosage).

Viens ensuite la phase d'injection dynamique où la matière présente à l'avantde la vis de plastification, est injectée sous forte pression à l'intérieur d'unmoule (ou cavité) présentant la forme de la pièce souhaitée. Le moule estrégulé à une température inferieure à la température de transformation (allantde 15°C à 130°C dans certains cas) afin de refroidir l’objet fini.

La 3e étape est la phase de maintien, où l'on applique une pression constantedurant un temps déterminé afin de continuer à alimenter les empreintesmalgré que celles-ci soient remplies. Ceci afin de palier au retrait de la matièredurant son refroidissement. La pièce est refroidie durant quelques secondespuis éjectée.

Un nouveau cycle peut commencer.

1. Vis de plastification contrôlée par la presse2. Trémie d'alimentation3. Buse d'injection4. Partie fixe du moule5. Empreinte/pièce6. Partie Mobile du moule7. Fourreau de plastification

Les différents procédés de mise en œuvre permettent d’obtenir différentstypes d’objets plastiques que nous utilisons dans la vie de tous les jours et qui sontaccessibles à tous. Ces procédés sont automatisés et permettent une production engrande quantité.

IV. L’évolution des plastiques et leurs avantages

1). L’évolution du plastique

Le plastique prend une place de plus en plus importante dans la vie de tousles jours. La production française, par exemple, est passée de moins de 500 000tonnes en 1960 à 6,5 millions de tonnes aujourd’hui.

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Les secteurs d'utilisation sont l'emballage (38%), le bâtiment (19%), l'électricité(10%), les transports (10%)...

En effet, on retrouve le plastique dans tout ce qu’on utilise ou presque, ils nousfacilitent la vie : de la paire de bas au réservoir de voiture, de l'emballage de steakaux canalisations d’immeubles, des rouges à lèvres aux crèmes solaires, pas ungramme de notre quotidien qui n'ait été colonisé par les plastiques ! Bien sûr, ceprogrès est aussi celui du développement de l'équipement électroménager.

Mais l’électroménager serait inaccessible aux revenus modestes si le plastiquen'avait pas contribué à en abaisser les prix. Il est aussi un formidable allié pourl'hygiène et l'alimentation. Le matériel médical jetable, comme la seringue à usageunique, démontre tous les jours sa supériorité sur le matériel à stériliser.

Le plastique est également un isolant.

L'habillement n'y échappe pas : plus de 50% des fibres textiles sont d'originechimique.

Les plastiques occupent une place importante dans la société française depuis 1909.Il permet d’alléger les objets (voiture…) et de les rendre plus confortables ou de lesaméliorer. Quelques exemples :

1909. Les téléphones, jusqu'alors réalisés en bois et en métal sont fabriqués enbakélite. Un plastique facilement cassant qui n'est plus utilisé aujourd'hui.

1940. Naissance des premiers pneus en caoutchouc synthétique (néoprène). Ceux-ci annoncent la fin du caoutchouc naturel (latex).

1945. Le Nylon remplace la soie pour la confection des bas, comme il l'avait fait pourles parachutes durant la seconde guerre mondiale.

1946. Les premiers pots de yaourt en polyéthylène font leur apparition etcommencent à détrôner le verre.

1960. Apparition des premières bouteilles d'eau minérales en P.V.C. Il faudraattendre 1976 pour voir le P.E.T. le remplacer pour cette utilisation.

1965. Les poêles se recouvrent de Téflon, plastique anti-adhérant.

1975. Symbole de la société de consommation, les rasoirs puis les briquets jetablesBIC investissent notre quotidien, comme 25 ans plus tôt les stylos à bille !

1980. Le polycarbonate, un plastique antichoc, fait son apparition.

1987. Collants, lingerie …, le Lycra devient omniprésent dans l'habillement. Il permetd'alléger et de rendre plus élastique un vêtement.

2). Les avantages du plastique

Le plastique est plus facile à mouler que le métal, et offre plus de possibilitésde moulage. De plus, il a la réputation d’avoir un faible coût, ce qui peut s’avérer trèspratique pour tout type de prototypes. De plus, les procédés de mise en œuvre desplastiques sont très variés, ce qui permet une grande diversité de caractéristiques deproduits.

Aussi, les plastiques ont une très bonne résistance aux environnements agressifs età la corrosion. Le nombre de pièces à assembler durant la fabrication est égalementtrès faible par rapport aux autres matériaux. Cela entraine un gain de temps quipermet des économies.

Le plastique est un bon isolant contre le bruit, on l’utilise notamment dans lesvoitures car il isole du bruit extérieur et amortit les vibrations. De plus le plastiquenécessite moins d’assemblage et évite donc les nombreux bruits que pourraisproduire la voiture.

Sous l’influence de plusieurs facteurs, le plastique devient de moins en moinscouteux :

Le perfectionnement des matières et des procédés de fabrication permettentde produire plus et ainsi de faire baisser les prix du produit fini.

La facilité du moulage et des formes complexe qu’il est possible de créer avecle plastique, entraîne là encore de nombreuses économies d’assemblage.

3). Les points négatifs du plastique

Les personnes de plus de soixante ans ont réellement « vu » le plastiqueprendre une place de plus en plus importante entre leur adolescence et aujourd’hui.De fait la production française, par exemple, est passée de moins de 500 000 tonnesen 1960 à plus de 6,5 millions de tonnes aujourd’hui. Entre 1970 et l’an 2000, l’aciera vu sa production augmenter de 40%, l’aluminium a vu la sienne augmenter de140% et les plastiques de 400%. La densité des plastiques tourne autour de1000kg/m3 au lieu de 2700kg/m3 pour l’aluminium et 7800kg/m3 pour l’acier. De plus,les propriétés thermiques des plastiques obligent à concevoir des objets de faibleépaisseur, ce qui pour une même masse augmente donc leur surface! Ainsi, lavisibilité des plastiques est plus importante que celle des autres matériaux. Pourbeaucoup de personnes, dont des journalistes, les plastiques « prolifèrent », nous «envahissent »…

Le plastique est fabriqué par l’homme, en ajoutant divers adjuvants à desrésines de base qui sont des polymères. La majorité des polymères artificiels sontfabriqués à partir de produits pétroliers.Pourquoi les plastiques sont considérés comme polluants ?Tout d’abord parce qu’ils ne sont pas biodégradables et ensuite parce que leurcombustion produit des toxiques dans l’air et certains contiennent des métaux lourdsqui peuvent être libérés dans l’environnement. Par exemple, la combustion des chipsservant à l’emballage à base de polyuréthane produit du cyanure d’hydrogène, trèstoxique. La combustion des objets en PVC (bouteilles plastiques) provoque des

maladies respiratoires et participe au mécanisme des pluies acides. Il est donc trèsdangereux de brûler ces matières à l’air libre ou dans des poêles ou chaudières.C’est pour cela que le tri est indispensable

La pollution marine est devenue un problème important qui affecte tous les océansdu monde. Ils sont la cause de lésions et de décès d’au moins 267 espècesdifférentes d’animaux (tortues, albatros, phoques, baleines ou poissons).

Le plastique est aussi un danger pour l’homme. Lors de la loi du 30 juin 2010 parueau JO n°150 du 1er juillet 2010, le parlement français a interdit la fabrication et lacommercialisation de biberons contenant du Bisphénol A, déjà interdit au Canada.En revanche, les parlementaires ont refusé d’émettre une même interdiction pourtous les plastiques contenant cette substance. Un débat devrait se tenir courant 2011sur cette question.

Le bisphénol A (BPA) est un produit chimique qui est généralement associé àd’autres produits chimiques pour la fabrication de plastiques et de résines. Le BPAest présent dans le polycarbonate, utilisé dans de nombreux récipients alimentaires,tels que les bonbonnes réutilisables, les biberons, la vaisselle (assiettes et tasses) etles récipients de conservation. Des résidus de BPA sont également présents dansles résines époxy utilisées pour former une couche de protection intérieure dans lescannettes et les cuves contenant des boissons et des aliments.

Pourrait-on se passer de plastique de nos jours ? Cela paraît difficile car il fait partiede notre vie quotidienne.Donc il faut en priorité trier ses déchets afin que les plastiques ne soient pasrépandus sauvagement dans la Nature et prendre de nouvelles habitudes. Notresanté n’est pas recyclable, elle.

Les déchets plastiques mettent beaucoup de temps à se dégrader. Ils sont àl’origine de la dégradation de la faune et la flore. La gyre du pacifique Nord,autrement appelé « l’Île aux Déchets », est un bon exemple pour prouver que l’onutilise mal le plastique.

Celui-ci est bien pratique mais il cause la mort et l’intoxication de la nature etde l’atmosphère. Le plastique est nuisible aux installations de l’homme car il boucheles canaux, les conduits et tous ces déchets sont rejetés dans la mer ou les océans.

CONCLUSION

L’homme construit la plupart des objets qui lui servent en plastique, innovetoute sorte de chose mais la plupart contiennent au moins une partie de plastique.C’est une matière peu onéreuse et très malléable. Etant très utile, celui-ci nouspermet de devenir autonome, et de pouvoir performer nos machines comme lesvoitures.

Nous avons pu constater que les plastiques tiennent une place omniprésenteau sein de notre société et dans la vie de tous les jours. Il est utilisé dans la plupartdes secteurs (comme par exemple dans le secteur automobile) depuis longtemps.En effet, il nous simplifie la vie, grâce à leurs propriétés légères, isolantes etmalléables. Certains sont recyclables mais restent un souci majeur pourl’environnement à cause de leur temps de dégradation. Fabriqués a base de pétrole,

ils englobent différentes familles. aux fonctions variables selon leurs procédés demise en œuvre.

Il apparaît clair que la maîtrise de ces matériaux et de leurs procédés de miseen œuvre est un point important qui permettra aux constructeurs de resterperformants sur un marché très concurrentiel. Mais la difficulté résidera de plus enplus dans le choix des applications : une bonne connaissance du potentiel techniqueet économique permettra de spécifier au mieux leur emploi au bon endroit.

Si jamais la classe remporte le prix, nous avons réfléchi et pensé à une sortieen forêt où nous ferions du paintball, à Dreux, et nous irions dans un service derestauration rapide pour le repas.