★ À maîtriser
La polymérisation par addition forme des chaînes par ouverture de la double liaison des monomères sous l’action d’un réactif chimique initiateur, et peut être une réaction en chaîne très rapide.
La polymérisation par condensation se déroule par étapes et forme un sous-produit de faible poids moléculaire, comme l’eau ou HCl, qui est éliminé.
Compléments
📌 La polymérisation par addition peut former un homopolymère à partir de monomères de même nature ou un copolymère à partir de monomères de natures différentes.
Addition : chaîne en réaction ; condensation : sous-produit éliminé.
★ À maîtriser
Compléments
Le degré de polymérisation peut varier de 1 000 à 10 000 ; une chaîne de moins de 30 unités est un oligomère et une chaîne de plus de 30 unités est un polymère.
Lorsque le degré de polymérisation augmente, la viscosité, la température de fusion, la température de transition vitreuse et la résistance mécanique augmentent.
Dans les polymères linéaires, l’élévation de température provoque la rupture progressive des liaisons secondaires, ce qui permet au matériau de s’écouler comme un liquide visqueux.
Au-dessus de la température de transition vitreuse, les polymères ramifiés présentent un comportement visqueux plus marqué que les polymères linéaires.
La rigidité du caoutchouc vulcanisé dépend de la quantité de soufre.
Le vieillissement naturel des matières plastiques les rigidifie progressivement puis les fait se casser.
Sous Tg : dur et fragile ; au-dessus : mou et flexible.
★ À maîtriser
Compléments
Exemples de produits fabriqués par injection :
L’enduction imprègne un support, comme un tissu, un tapis ou du papier, avec une matière plastique rendue fluide, puis le fait passer au four pour rendre le revêtement imperméable ou insensible aux taches.
★ À maîtriser
La conductibilité thermique des matières plastiques est généralement faible, notamment sous forme de mousse, avec une valeur de 0,035 W·m⁻¹·K⁻¹ pour les mousses de polyuréthane ou de polystyrène.
Les matières plastiques ont une résistivité très élevée, de 10¹⁵ à 10¹⁸ Ω·cm, ce qui en fait d’excellents isolants électriques.
Le module d’élasticité des polymères dépend de la vitesse de mise en charge et de la durée de maintien de la contrainte, ce qui entraîne un problème de fluage.
La biodégradation est la destruction d’un matériau par des microorganismes, tels que les champignons, les algues et les bactéries, qui sécrètent des enzymes décomposant les macromolécules en particules plus petites avant de les assimiler.
Compléments
La masse volumique des matières plastiques varie d’environ 0,9 g/cm³ pour le polyéthylène à plus de 2 g/cm³ pour le téflon ; celle du polystyrène non expansé est d’environ 1,05 g/cm³.
Le polystyrène expansé peut avoir une masse volumique de 0,02 à 0,06 g/cm³, contre 0,9 g/cm³ pour le polystyrène normal.
Les polymères à l’état amorphe transmettent la lumière, et le polyméthacrylate de méthyle est utilisé pour les vitrages ou les inclusions.
Les polycarbonates, plus durs que le polyméthacrylate de méthyle, sont utilisés dans les systèmes optiques automobiles, les visières et les lunettes.
La biodégradation nécessite :
Les plastiques biodégradables peuvent contenir 30 à 50 % d’amidon ou des sucres et donnent du CO₂ et de l’eau en présence d’oxygène, ou du CO₂ et du CH₄ en son absence.
★ À maîtriser
Les renforts améliorent les propriétés mécaniques des polymères, qui servent de matrice aux matériaux composites.
Les matériaux composites sont souvent anisotropes : leur module d’élasticité est élevé parallèlement aux fibres et faible perpendiculairement à celles-ci.
Les adjuvants cités comprennent :
Compléments
Les renforts cités sont : le verre sous forme de toiles, le verre sous forme de fils, le verre sous forme de billes, le carbone sous forme de graphite, le carbone sous forme de fibres, le mica, des polymères tels que les polyamides aromatiques comme le Kevlar
Les matériaux composites sont formés de renforts, comme des fibres ou des tissus, noyés dans une résine dont la résistance mécanique est généralement plus faible.
Les colorants insolubles, dispersés dans la matrice, rendent le polymère opaque, tandis que les colorants solubles conservent sa transparence.
Les plastifiants améliorent la souplesse en diminuant la force des liaisons entre les chaînes.
Les ignifugeants contrôlent l’amorçage et la propagation de la combustion, notamment par la décomposition endothermique de l’hydroxyde d’aluminium.
Les ignifugeants peuvent limiter la combustion en diminuant les échanges gazeux, notamment grâce aux phosphates.
★ À maîtriser
📌 Le PEBD, obtenu à haute pression, possède des chaînes ramifiées, une densité de 0,92 et une température de fusion de 105 à 125 °C, tandis que le PEHD, obtenu à basse pression, possède des chaînes linéaires, une densité de 0,96 et une température de fusion de 125 à 135 °C.
Compléments
Le polyéthylène est chimiquement inerte, facile à mouler, difficile à coller mais soudable, recyclable, inflammable et sensible aux UV.
Le polyéthylène expansé, de masse volumique de 25 à 50 kg/m³, est utilisé pour l’isolation, tandis que le PE réticulé (PER) sert aux tuyaux de chauffage par le sol.
Le polypropylène est chimiquement inerte, possède une tenue mécanique supérieure à celle du polyéthylène, est difficile à casser et à coller, et reste sensible aux UV et inflammable.
La bonne tenue à chaud du polypropylène permet son emploi dans les intérieurs de machines à laver et les boîtes alimentaires lavables en machine.
Le PVC résiste à l’eau et au feu, car ses atomes de chlore inhibent la combustion, et il devient fragile à une température inférieure à −10 °C.
Le PVC est utilisé pour :
Le polystyrène (PS) peut être amorphe, avec une température de transition vitreuse de 80 à 100 °C, ou cristallin, avec une température de fusion de 270 °C.
★ À maîtriser
Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), aussi appelé Plexiglas®, est un polymère amorphe transparent, de température de transition vitreuse de 120 °C et de densité 1,18, qui résiste bien aux UV.
Le polycarbonate est rigide, transparent, résistant aux chocs et utilisable de −100 °C à 135 °C ; il s’éteint spontanément en l’absence de flamme.
Les polyamides sont obtenus par polycondensation entre une diamine et un diacide, avec élimination d’eau.
Compléments
Le PMMA est utilisé pour :
Le polyacrylonitrile sert à fabriquer des fibres de carbone par pyrolyse et des tissus acryliques.
L’ABS, copolymère d’acrylonitrile, de butadiène et de styrène, est très résistant et léger, notamment pour la fabrication de pare-chocs.
Les polyimides sont autoextinguibles, très résistants mécaniquement, chimiquement et thermiquement, et stables de −269 °C à +400 °C.
Le nylon 6.6 est obtenu à partir d’acide adipique et d’hexaméthylènediamine ; Perlon® désigne le nylon 6.
Les polyamides sont hautement cristallins, avec une température de fusion de 280 °C et une densité de 1,02 à 1,12, et présentent de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance à l’usure.
Les polyaramides comme le Kevlar® sont utilisés pour :
★ À maîtriser
Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), connu sous le nom de Téflon®, possède une longue chaîne carbonée portant des atomes de fluor et est très cristallin, avec une température de fusion de 335 °C.
Dans le PTFE, le fluor repousse les molécules proches et contribue aux propriétés thermiques, chimiques et au comportement au feu du matériau.
Le PTFE est ininflammable, mais il appartient aux polluants éternels désignés par l’acronyme PFAS, issu de l’anglais « per- and polyfluoroalkyl substances ».
Compléments
★ À maîtriser
Les phénoplastes sont utilisés comme : colles pour panneaux dérivés du bois et charpentes en lamellé-collé, résines d’imprégnation pour stratifiés résistants à la chaleur comme le Formica, poudres à mouler pour boîtiers électriques, mousses isolantes thermiques
Les aminoplastes sont transparents, brillants et colorables à volonté; ils présentent de hautes résistances mécaniques, chimiques et électriques et sont ininflammables, classés M1.
Les polyesters insaturés ont de bonnes propriétés mécaniques et une bonne tenue chimique; ils sont transparents et colorables durablement, mais inflammables, classés M3 ou M4.
Les résines époxydes se présentent en deux parties, une di-époxy et une diamine, qui réagissent au mélange en attachant tous les groupes époxy à une amine.
Les mousses rigides alvéolaires en PUR, formées en présence d’un agent d’expansion, sont de très bons isolants thermiques avec une conductivité thermique de 0,019 W·m⁻¹·K⁻¹ et résistent bien à la compression.
Compléments
Les phénoplastes sont obtenus par polycondensation du phénol, qui possède trois sites réactifs, et du formol.
Les phénoplastes, comme la Bakélite, sont reconnaissables à leur couleur foncée et à leur odeur; la Bakélite fut le premier phénoplaste et fut inventée par Baekeland.
Les phénoplastes résistent à l’humidité et à la chaleur et présentent un bon comportement au feu.
Les aminoplastes sont obtenus par polycondensation de composés aminés, comme la mélamine ou l’urée, avec du formol.
Les sirops d’aminoplastes servent de colles pour contreplaqués et panneaux de particules, et les résines mélaminiques MF ou MP servent à fabriquer des panneaux laminés de revêtement de façade.
Les polyesters insaturés proviennent de la réaction entre polyacides et glycols en présence d’un catalyseur; des fibres et un accélérateur peuvent augmenter leur résistance à la traction et diminuer leur retrait.
Les polyesters insaturés sont employés comme colles à faible tenue en température, revêtements de sols coulés, pièces moulées comme des plaques de couverture translucides et baignoires, ou pièces extrudées comme des tuyaux.
Les résines époxydes résistent aux agressions chimiques et à l’usure et sont utilisées notamment comme revêtements de sol.
Les résines époxydes servent de colles adhérant notamment à l’acier, au bois et au béton, comme l’Araldite®, et entrent dans la composition des bétons de résine.
Les polyuréthanes réticulés (PUR) couvrent une gamme de polymères thermodurcissables allant du souple au rigide, y compris des élastomères, utilisés pour les vernis, textiles, colles et articles de sport comme des semelles de chaussures et des vêtements Lycra®.
Les PUR sont généralement inflammables, classés M3 ou M4, et reçoivent un traitement ignifuge pour améliorer leur comportement au feu.
★ À maîtriser
L’allongement réversible des élastomères peut dépasser 1 000 %.
Les silicones sont de bons élastomères, hydrophobes, résistants aux agents corrosifs et à la chaleur, et présentent un bon comportement au vieillissement.
Compléments
Le polyisoprène, également appelé caoutchouc naturel ou latex, est utilisé notamment dans les pneus.
Le polychloroprène, commercialisé sous le nom de Néoprène®, est utilisé pour les appareils d’appui sur les ponts.
Les silicones sont utilisés notamment pour fabriquer des mastics, des joints et des moules à gâteau.
Le caoutchouc est un polymère carboné, le silicone un polysiloxane sans carbone.
★ À maîtriser
📌 Les peintures à l’huile (glycérophtaliques) couvrent et opacifient bien, résistent aux milieux humides et sont lessivables, mais sèchent lentement, dégagent une forte odeur, nécessitent un nettoyage des outils au white-spirit et imposent une ventilation.
📌 Les peintures à l’eau, acryliques ou vinyliques, sont des émulsions d’eau et de résine polymère; elles sont plus faciles à préparer et à poser, sèchent assez rapidement et utilisent un diluant inodore, et sont ininflammables et non toxiques, sous réserve de la présence possible de co-solvants.
En génie civil, les textiles techniques combinent légèreté, imperméabilité, imputrescibilité, variété de couleurs et résistance aux UV, tout en offrant une grande liberté de conception architecturale pour des couvertures de stades ou de gares TGV.
Les combinaisons anti-flamme des pompiers utilisent des tissus en fibres de méta-aramide, résistantes aux flammes, et de para-aramide, résistantes aux contraintes mécaniques.
Compléments
Les adjuvants ou additifs de peinture comprennent :
Les liaisons intervenant dans l’adhésion peuvent être : physiques, comme les liaisons de Van der Waals, chimiques, comme les liaisons d’électrovalence, chimiques, comme les liaisons covalentes, chimiques, comme les liaisons hydrogène
L’adhésif passe à l’état solide par évaporation du solvant volatil, diffusion du solvant à travers les éléments assemblés ou polymérisation.
Les cyanoacrylates sont des résines thermoplastiques à prise très rapide sous l’effet d’une base faible ou de l’humidité, comme la Super glue-3®, et présentent une grande résistance à la traction.
Les polyméthacryliques sont des résines thermodurcissables bi-composants.
Les adhésifs époxydiques sont des résines thermodurcissables; l’Araldite®, la plus utilisée dans le BTP, adhère fortement au béton et est insensible aux alcalis et à l’eau.
★ À maîtriser
Les gants de protection doivent résister à :
Les masques jetables dits « tissu » SMS sont des non-tissés en polypropylène combinant le procédé Spunbond (S), par extrusion-liage, et le procédé Meltblown (M), par extrusion-soufflage à chaud.
Dans le bâtiment, les textiles techniques servent à : réaliser des couvertures architecturales en polyester enduit de PVC ou de téflon, renforcer, drainer ou étancher les sols avec des non-tissés de polypropylène, renforcer les bâtiments et les ouvrages avec des tissus de carbone pré-imprégnés
Compléments
Dans le second œuvre, ils servent à :
Dans le transport, les applications citées comprennent : le carénage du TGV, de nombreuses pièces de l’A 350, les pales d’hélicoptères et d’éoliennes, des éléments de voitures, notamment les filtres, les courroies, l’isolation et la décoration
Les matériaux textiles cités pour la sécurité sont : le polyester haute ténacité pour les ceintures de sécurité et les airbags, le polyester, le polyamide ou la viscose haute ténacité pour les pneus, l’aramide pour les revêtements de siège non inflammables, le carbone pour les freins des F1 et des avions
★ À maîtriser
Compléments
Le bois constitue un puits de CO₂ : les résineux stockent 0,29 t C/m³ et les feuillus 0,43 t C/m³.
Le bois est renouvelable, mais il se dégrade en milieu humide sous l’action des champignons.
★ À maîtriser
Les propriétés du bois dépendent : de la variété de l’arbre, du sens de mesure, axial, radial ou tangentiel, de sa teneur en eau
Lors de la seconde perte d’eau, de 30 % à 8–20 %, le bois se contracte fortement ; sa résistance à la compression et son module d’élasticité augmentent, tandis que sa ténacité baisse, avec des risques de distorsion et de fissures.
Le bois est très anisotrope : sa résistance à la traction est maximale et sa déformation minimale dans la direction longitudinale.
Compléments
Lors de la première perte d’eau, de 100 % à 25–30 %, le bois présente peu de variations.
Lorsque l’hygrométrie ambiante passe de 40 % à 90 %, l’humidité du bois peut passer de 8 % à 20 %, entraînant un gonflement tangentiel de 3 %.
Les propriétés mécaniques du bois varient selon :
Le bois résiste mieux en traction qu’en compression.
★ À maîtriser
Les produits cités pour pallier ces problèmes comprennent :
🔄 Les panneaux de particules sont fabriqués en :
Le contreplaqué est fabriqué en collant sous presse un nombre impair de feuilles de bois de 1 à 50 mm d’épaisseur, avec les fibres de chaque feuille perpendiculaires à celles de la feuille précédente.
Les éléments lamellés-collés sont des éléments structuraux fabriqués par collage avec des résines thermodurcissables d’éléments de taille réduite, de 33 à 45 mm d’épaisseur, à grains parallèles et sans défaut.
Compléments
Les panneaux de fibres de bois isolants ont une densité de 110 kg/m³ et une conductivité thermique λ de 0,040 W/m·K.
Les panneaux de particules sont isotropes, mais leur qualité dépend de leur densité et ils sont généralement sensibles à l’eau et à l’humidité.
Le MDF est un composite quasiment isotrope fabriqué à partir de fibres de bois généralement longues de 1 à 5 mm et d’une résine, généralement urée-formaldéhyde ou mélamine-urée-formaldéhyde ; sa densité est de 0,6 à 0,8 et il pose un problème de composés organiques volatils (COV).
En construction bois, le MDF est remplacé par l’OSB, constitué de lamelles de bois minces, longues et orientées, collées avec de la mélamine ; sa densité est de 0,6 à 0,7.
Le contreplaqué est utilisé dans :
Les propriétés du contreplaqué sont isotropes dans le plan du panneau et dépendent du bois et de la colle utilisés.
Le CLT (Cross Laminated Timber) est constitué d’au moins trois lamelles de bois rabotées dont le fil est croisé d’une couche à l’autre, ce qui améliore la stabilité dimensionnelle des panneaux.
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1. À quel moment un matériau organique est-il qualifié de matière plastique ?
2. Quelle transformation chimique correspond à la polymérisation ?
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Que sont les matières plastiques ?
Des matériaux organiques qui prennent l’état plastique à un stade de leur fabrication, souvent sous l’action de la chaleur.
Qu’est-ce que la polymérisation ?
Une réaction qui forme des polymères de masse moléculaire plus élevée en reliant des monomères.
Comment la polymérisation par addition forme-t-elle des chaînes ?
Par ouverture de la double liaison des monomères sous l’action d’un réactif chimique initiateur.
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