Les plastiques en débat

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1 Collège Notre Dame 39 rue Saint Lazare L Isle-Adam Les plastiques en débat Classe 3 ème 1

2 SOMMAIRE I. Du pétrole aux plastiques II. Les différentes familles de plastique III. Les procédés de mise en œuvre 1). L extrusion 2). L extrusion soufflage 3). Moulage par compression 4). Le calandrage 5). Moulage par injection IV. L évolution des plastiques et leurs avantages 1). L évolution du plastique 2). Les avantages du plastique 3). Les points négatifs du plastique

3 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 procédés de mise en œuvre tels que le calandrage ou l extrusion soufflage, on aboutit à la matière plastique que l on peut regrouper sous diverses familles classées selon leurs propriétés (thermodurcissables, thermoplastiques et élastomères). Ces derniers nous permettent de réaliser une multitude d objets utiles à la vie quotidienne ainsi que dans l industrie (l automobile par exemple). Malheureusement, même s ils sont devenus vitaux pour nous et pour certains recyclables ils sont également un danger pour l environnement. I. Du pétrole aux plastiques Issu des sous sols de notre planète, le pétrole devient la matière première la plus présente dans le plastique. Quelles sont les transformations apportées au pétrole 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 est chauffé a environ 1000 C. Puis, le pétrole chauffé rentre dans une colonne de fractionnement, d où sortent divers dérivés du pétrole. Le naphta (substance liquide composée d hydrocarbure, obtenu par la distillation du pétrole brut) sort de la colonne à environ 160 C. Il faut néanmoins savoir que la colonne est entourée d eau de manière à pouvoir refroidir le pétrole chaud. Suite à la production du naphta on obtient des monomères. On réalise alors la polymérisation. Cette dernière est la réaction chimique qui permet la synthèse des polymères à partir de 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.

4 - La polymérisation radicalaire, Polymérisation en chaîne dans laquelle, comme son nom l'indique, des radicaux interviennent comme espèce active des radicaux. Elle est constituée de trois étapes simultanées: Amorçage, propagation, terminaison. Suite à la polymérisation, on mélange les polymères pour obtenir des matières plastiques qui deviendront les innombrables et divers objets que nous connaissons. Néanmoins la production du plastique coûte cher car les matières premières se raréfient. II. Les différentes familles de plastique Les fabricants offrent une très grande diversité de produits mais il existe seulement trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères, à l intérieur desquelles on 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. Ces matières peuvent être recyclées, on trouve dans cette catégorie : -Le Polyuréthane, matière plastique obtenue par polymérisation, entrant dans la composition des vernis, des peintures et des caoutchoucs synthétiques. -Le Silicone, nom donné aux dérivés du silicium, se présentent sous forme d huiles et de résines. -Les Polyesters insaturés sont des résines obtenues par polycondensation. Les thermoplastiques sont des matières plastiques qui se ramollissent sous l action de 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 comme thermoplastique et comme fibre. -Le polystyrène, matière plastique résultant de la polymérisation du styrène.

5 Les élastomères sont des matières d origine naturelle ou synthétique douées d élasticité caoutchouteuse. Ils sont thermoplastiques et deviennent thermodurcissables par vulcanisation. Les plastiques inventés au XXe siècle ont remplacé les matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sont légères, hygiéniques, durables et faites sur mesure. C est grâce à toutes leurs qualités qu elles sont devenues irremplaçables et omniprésentes dans les objets de notre 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 différentes propriétés : isolation, solidité, faible coût Après leur création, différentes machines servent à mettre en forme la matière plastique qui sera utilisée par la suite pour la création 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 matériau compressé 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 sont réalisées avec l'estampage ou le matriçage. De plus, les pièces présentent des états de surface excellents, ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage complémentaire. La masse moyenne des pièces extrudées est de l'ordre du kilogramme. Contrairement au laminage et au profilage de bandes qui se limitent généralement à des formes simples, elle permet d'obtenir des formes très complexes et des profilés creux. Le procédé est le suivant : La trémie est une bouche d alimentation en forme d entonnoir où est introduit la pâte plastique, la filière est l orifice de sortie de la pate sortant directement du fourneau cylindrique chauffé. Dans celui-ci tourne une vis qui pousse de façon continue la pâte à travers l orifice de sortie qui constitue la filière. Le conformateur est un appareil de mise en forme, mis directement après la filière. Le bac de refroidissement sert à durcir la pâte en la refroidissant et le banc de tirage sert a tirer la matière finie afin d avoir une production homogène.

6 2). L extrusion soufflage L'extrusion-soufflage est un procédé de mise en forme de matériaux polymères thermoplastiques qui est utilisé pour fabriquer des corps creux de contenance variable (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-coquilles ayant la forme désirée. La paraison présente un orifice à son extrémité, pincée, là où sera l'ouverture finale du récipient. De l'air sous pression est ensuite insufflé dans la cavité 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 principalement pour 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 de polymérisation inachevée. On utilise, pour les mettre en œuvre : la chaleur, la pression, et certains produits chimiques en faible quantité. Cette méthode permettra d obtenir un objet définitivement durci. Un pressoir comprime la poudre qui est mise dans un moule posé sur un plateau chauffé. Grâce a la chaleur et à la pression (exercée par le vérin) on peut obtenir une pièce qui aura pris la forme du moule après cuisson.

7 4). Le calandrage Des produits plats de plus grande largeur (feuilles, plaques, crêpes) sont obtenus par calandrage d'un matériau thermoplastique ou élastique entre des cylindres (éventuellement chauffants). Le calandrage est un procédé de laminage, utilisé pour la production de feuilles de film plastique. La résine thermoplastique est chauffée, fondue et placée entre des rouleaux de tailles variables et chauffants qui opèrent comme les anciennes essoreuses. Cette opération est par exemple utilisée pour 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 de mise en œuvre des thermoplastiques. La plupart des pièces en thermoplastique sont fabriquées avec des presses d'injection plastique. La matière plastique est ramollie puis injectée dans un moule, et ensuite refroidie. Le moulage par injection est une technique de fabrication de pièces en grande ou très grande série. Il concerne avant tout les matières plastiques et les élastomères (caoutchoucs) mais aussi divers métaux et alliages à point de fusion relativement bas : alliages d'aluminium, de zinc ou encore laitons. On rencontre des composants moulés par injection dans de très nombreux produits manufacturés : automobile, électroménager, matériel informatique, mobilier... La matière plastique avant transformation se présente sous forme de petit granulé dépassant rarement quelques millimètres. Ces granulés servent à alimenter la vis de plastification (type vis sans fin). Celle-ci est chauffée et régulée en température via le fourreau de plastification. Les granulés de matière plastique sont ramollis par la rotation de la vis de plastification entraînée par un moteur hydraulique et par l action de la température du fourreau. Ces deux actions conjuguées permettent d amener les granulés de plastique jusqu à un état visqueux. On lubrifie le moule pour que l objet final se décroche plus rapidement.

8 Cette matière est acheminée à l'avant de la vis de plastification donnant ainsi une réserve de matière prête à être injectée (c'est ce que l'on appelle la phase de dosage). Viens ensuite la phase d'injection dynamique où la matière présente à l'avant de la vis de plastification, est injectée sous forte pression à l'intérieur d'un moule (ou cavité) présentant la forme de la pièce souhaitée. Le moule est régulé à une température inferieure à la température de transformation (allant de 15 C à 130 C dans certains cas) afin de refroidir l objet fini. La 3 e étape est la phase de maintien, où l'on applique une pression constante durant un temps déterminé afin de continuer à alimenter les empreintes malgré que celles-ci soient remplies. Ceci afin de palier au retrait de la matière durant son refroidissement. La pièce est refroidie durant quelques secondes puis éjectée. Un nouveau cycle peut commencer Vis de plastification contrôlée par la presse 2. Trémie d'alimentation 3. Buse d'injection 4. Partie fixe du moule 5. Empreinte/pièce 6. Partie Mobile du moule 7. Fourreau de plastification Les différents procédés de mise en œuvre permettent d obtenir différents types d objets plastiques que nous utilisons dans la vie de tous les jours et qui sont accessibles à tous. Ces procédés sont automatisés et permettent une production en grande 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 tous les jours. La production française, par exemple, est passée de moins de tonnes en 1960 à 6,5 millions de tonnes aujourd hui.

9 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 nous facilitent la vie : de la paire de bas au réservoir de voiture, de l'emballage de steak aux canalisations d immeubles, des rouges à lèvres aux crèmes solaires, pas un gramme de notre quotidien qui n'ait été colonisé par les plastiques! Bien sûr, ce progrès est aussi celui du développement de l'équipement électroménager. Mais l électroménager serait inaccessible aux revenus modestes si le plastique n'avait pas contribué à en abaisser les prix. Il est aussi un formidable allié pour l'hygiène et l'alimentation. Le matériel médical jetable, comme la seringue à usage unique, 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'origine chimique. Les plastiques occupent une place importante dans la société française depuis Il permet d alléger les objets (voiture ) et de les rendre plus confortables ou de les améliorer. Quelques exemples : Les téléphones, jusqu'alors réalisés en bois et en métal sont fabriqués en bakélite. Un plastique facilement cassant qui n'est plus utilisé aujourd'hui Naissance des premiers pneus en caoutchouc synthétique (néoprène). Ceuxci annoncent la fin du caoutchouc naturel (latex) Le Nylon remplace la soie pour la confection des bas, comme il l'avait fait pour les parachutes durant la seconde guerre mondiale Les premiers pots de yaourt en polyéthylène font leur apparition et commencent à détrôner le verre Apparition des premières bouteilles d'eau minérales en P.V.C. Il faudra attendre 1976 pour voir le P.E.T. le remplacer pour cette utilisation Les poêles se recouvrent de Téflon, plastique anti-adhérant Symbole de la société de consommation, les rasoirs puis les briquets jetables BIC investissent notre quotidien, comme 25 ans plus tôt les stylos à bille! Le polycarbonate, un plastique antichoc, fait son apparition Collants, lingerie, le Lycra devient omniprésent dans l'habillement. Il permet d'alléger et de rendre plus élastique un vêtement.

10 2). Les avantages du plastique Le plastique est plus facile à mouler que le métal, et offre plus de possibilités de moulage. De plus, il a la réputation d avoir un faible coût, ce qui peut s avérer très pratique pour tout type de prototypes. De plus, les procédés de mise en œuvre des plastiques sont très variés, ce qui permet une grande diversité de caractéristiques de produits. Aussi, les plastiques ont une très bonne résistance aux environnements agressifs et à la corrosion. Le nombre de pièces à assembler durant la fabrication est également très faible par rapport aux autres matériaux. Cela entraine un gain de temps qui permet des économies. Le plastique est un bon isolant contre le bruit, on l utilise notamment dans les voitures car il isole du bruit extérieur et amortit les vibrations. De plus le plastique nécessite moins d assemblage et évite donc les nombreux bruits que pourrais produire la voiture. Sous l influence de plusieurs facteurs, le plastique devient de moins en moins couteux : Le perfectionnement des matières et des procédés de fabrication permettent de 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 avec le 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 plastique prendre 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 tonnes en 1960 à plus de 6,5 millions de tonnes aujourd hui. Entre 1970 et l an 2000, l acier a vu sa production augmenter de 40%, l aluminium a vu la sienne augmenter de 140% et les plastiques de 400%. La densité des plastiques tourne autour de 1000kg/m 3 au lieu de 2700kg/m 3 pour l aluminium et 7800kg/m 3 pour l acier. De plus, les propriétés thermiques des plastiques obligent à concevoir des objets de faible épaisseur, ce qui pour une même masse augmente donc leur surface! Ainsi, la visibilité des plastiques est plus importante que celle des autres matériaux. Pour beaucoup de personnes, dont des journalistes, les plastiques «prolifèrent», nous «envahissent» Le plastique est fabriqué par l homme, en ajoutant divers adjuvants à des résines de base qui sont des polymères. La majorité des polymères artificiels sont fabriqués 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 leur combustion produit des toxiques dans l air et certains contiennent des métaux lourds qui peuvent être libérés dans l environnement. Par exemple, la combustion des chips servant à l emballage à base de polyuréthane produit du cyanure d hydrogène, très toxique. La combustion des objets en PVC (bouteilles plastiques) provoque des

11 maladies respiratoires et participe au mécanisme des pluies acides. Il est donc très dangereux 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 océans du monde. Ils sont la cause de lésions et de décès d au moins 267 espèces différentes 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 parue au JO n 150 du 1er juillet 2010, le parlement français a interdit la fabrication et la commercialisation de biberons contenant du Bisphénol A, déjà interdit au Canada. En revanche, les parlementaires ont refusé d émettre une même interdiction pour tous les plastiques contenant cette substance. Un débat devrait se tenir courant 2011 sur cette question. Le bisphénol A (BPA) est un produit chimique qui est généralement associé à d autres produits chimiques pour la fabrication de plastiques et de résines. Le BPA est présent dans le polycarbonate, utilisé dans de nombreux récipients alimentaires, tels que les bonbonnes réutilisables, les biberons, la vaisselle (assiettes et tasses) et les récipients de conservation. Des résidus de BPA sont également présents dans les résines époxy utilisées pour former une couche de protection intérieure dans les cannettes et les cuves contenant des boissons et des aliments. Pourrait-on se passer de plastique de nos jours? Cela paraît difficile car il fait partie de notre vie quotidienne. Donc il faut en priorité trier ses déchets afin que les plastiques ne soient pas répandus sauvagement dans la Nature et prendre de nouvelles habitudes. Notre santé n est pas recyclable, elle. Les déchets plastiques mettent beaucoup de temps à se dégrader. Ils sont à l 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 on utilise mal le plastique. Celui-ci est bien pratique mais il cause la mort et l intoxication de la nature et de l atmosphère. Le plastique est nuisible aux installations de l homme car il bouche les 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, innove toute 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 nous permet de devenir autonome, et de pouvoir performer nos machines comme les voitures. Nous avons pu constater que les plastiques tiennent une place omniprésente au sein de notre société et dans la vie de tous les jours. Il est utilisé dans la plupart des secteurs (comme par exemple dans le secteur automobile) depuis longtemps. En effet, il nous simplifie la vie, grâce à leurs propriétés légères, isolantes et malléables. Certains sont recyclables mais restent un souci majeur pour l environnement à cause de leur temps de dégradation. Fabriqués a base de pétrole,

12 ils englobent différentes familles. aux fonctions variables selon leurs procédés de mise en œuvre. Il apparaît clair que la maîtrise de ces matériaux et de leurs procédés de mise en œuvre est un point important qui permettra aux constructeurs de rester performants sur un marché très concurrentiel. Mais la difficulté résidera de plus en plus dans le choix des applications : une bonne connaissance du potentiel technique et 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 sortie en forêt où nous ferions du paintball, à Dreux, et nous irions dans un service de restauration rapide pour le repas.