LES EMBALLAGES PLASTIQUES :
DE LA FABRICATION A LA VALORISATION
LES MATIERES PLASTIQUES : PRESENTATION, FABRICATION ET TRANSFORMATION PARTIE I
1 Définition des matières plastiques
" Matière plastique, le plastique : n.m. Matière synthétique constituée de macromolécules et qui peut être moulée ou modelée. " (définition du Petit Robert)
Sous la désignation " plastique " figurent aujourd'hui de nombreux objets aussi différents qu'une bouteille d'eau, une gouttière, un sac poubelle ou des fleurs artificielles.
Cette énumération d'objets pourrait être encore élargie puisque les matières plastiques ne représentent qu'une partie des matériaux macromoléculaires encore appelés polymères. Ainsi, les tissus synthétiques (Nylon, polyesters, acryliques, ...), le revêtement en Téflon® des ustensiles de cuisine ou les colles et peintures font également partie des matériaux rassemblés sous la dénomination " polymères ".
2 Les polymères
Les polymères sont des matériaux composés de très longues chaînes (macromolécules), elles-mêmes formées de molécules élémentaires (monomères) assemblées entre elles. Ces chaînes sont principalement constituées d'atomes de carbone sur lesquels sont fixés des éléments comme l'hydrogène ou l'oxygène. D'autres éléments, notamment le chlore, l'azote ou le fluor, peuvent encore intervenir dans la composition de la chaîne.
Trois grandes familles de polymères peuvent être distinguées : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.
- Les thermoplastiques
Les polymères composés de chaînes macromoléculaires linéaires ou avec ramifications sont désignés sous le terme thermoplastiques.
Sous l'effet de la chaleur, les chaînes de ces polymères glissent les unes par rapport aux autres. Le polymère se ramollit, peut se déformer et être mis en forme. Après refroidissement, la forme donnée est figée. Cette opération peut être répétée : à nouveau chauffé, le polymère redevient malléable et peut être remis en forme. Exclusivement possédée par les polymères thermoplastiques, cette caractéristique permet la recyclabilité de ces matières.
Dans cette catégorie se trouvent les polymères suivants :
- les polyamides : PA (Nylon)
- les styréniques : PS, PSE
- les polyoléfines : PE, PP
- les vinyliques : PVC
- Les thermodurcissables
Les polymères réticulés (contenant des noeuds entre les chaînes macromoléculaires) ou en réseau constituent les thermodurcissables.
A l'inverse des thermoplastiques, la mobilité thermique est réduite. Plus la température est élevée, plus les chaînes tridimensionnelles se figent ; les liaisons ou noeuds se renforcent. L'opération est irréversible. Le polymère se rigidifie dès la première transformation jusqu'à se dégrader si la température continue d'augmenter.
Dans cette catégorie se trouvent les polymères suivants :
- les polyépoxydes (Araldite®)
- les polyuréthannes : PU
- les silicones
- Les élastomères
Les élastomères sont caractérisés par leur grande déformabilité (6 à 8 fois leur longueur initiale).
Ils sont obtenus à partir de polymères linéaires caractérisés par des liaisons extrêmement faibles. Ces polymères sont donc des liquides très visqueux. Pour être utilisés comme caoutchouc, des liaisons pontales (noeuds de réticulation) doivent être introduites entre les chaînes, conférant ainsi aux matériaux une structure tridimensionnelle qui assure la réversibilité de la déformation mécanique. Les noeuds de réticulation sont introduits par une réaction chimique appelée vulcanisation après la mise en forme du matériau.
Dans cette catégorie se trouvent les polymères suivants :
- le polyisoprène de synthèse : IR
- le polychloroprène (Néoprène)
- les polysiloxanes (silicones)
- ...
3 Les propriétés des polymères
Le développement de l'utilisation des matières plastiques dans tous les secteurs d'activités s'explique par le fait que les polymères sont, par leurs propriétés, en parfaite adéquation avec les applications envisagées ; chaque polymère ayant des propriétés qui lui sont propres. Les matières plastiques ont su se substituer à d'autres matériaux car :
- leur densité est faible (légèreté) ;
- leur coût est peu élevé ;
- leurs performances sont notables surtout si elles sont ramenées à leur unité de masse ;
- leur facilité de mise en œuvre permet des cadences élevées et des géométries complexes.
Le tableau ci-après regroupe les principales caractéristiques des polymères de grande diffusion (exclusivement des thermoplastiques) et les applications qui en découlent :
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PROPRIETES
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APPLICATIONS
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PEbd (Polyéthylène basse densité)
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| Barrière vapeur d'eau Inertie chimique Transparence Souplesse Moulabilité Déchirabilité Flexibilité Très bonne étirabilité Toucher |
Bâches de protection Barquettes Couvertures de piscines Films à bulle Films alimentaires Films d'étanchéité |
Gainage électrique Jouets Palettes de manutention Sacs congélation Sacs de supermarchés Sacs poubelles ... |
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PEhd (Polyéthylène haute densité)
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| Barrière eau, gaz, UV Inertie chimique Opacité Rigidité Moulabilité Résistance aux chocs Résistance à l'abrasion, glisse Tenue à la pression Tenue aux températures |
Accessoires de salles de bain Bacs de rangement Bidons (huile moteur, prod. chim.) Bonbonnes, cuves Bouteilles de lait Caillebotis Caisses, casiers Canalisations (gaz, eau) Conteneurs Coques de chaussures de ski Coques de planches à voile Corbeilles à papier Cubitainers Flacons pour cosmétiques |
Flacons ménagers Gainages de câbles Jouets Kayaks, canoës Mandrins, bobinages Palettes Poubelles Réservoirs d'essence, d'eau Revêtement et semelles de skis Seaux Serres Tubes Tuyaux ... |
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PVC (Polychlorure de vinyle)
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| Barrière liquides, gaz Inertie chimique Transparence Isolant électr., thermique, phonique Résistance au vieillissement Légèreté |
Abribus Armoires de rangements Bacs de rangements Bancs Barquettes, boîtes alimentaires Barrières, clôtures, portails Bidons Blisters (plaquettes de médic.) Bottes Bouteilles d'eau minérale Canalisations Chaises Chemises protège-documents Classeurs Dallages de sols Ecrans antibruit Equipement de piscines Fenêtres Films alimentaires Flacons Fleurs artificielles |
Gants |
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PET (Polyéthylène téréphtalate)
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Barrière eau, gaz, UV |
Bandes de cerclage Barquettes, boites (viandes, pâtisserie) Bandes magnétiques audio, vidéo Blisters (plaquettes médicaments) Boites à œufs Bonnets Bouteilles (boissons gazeuses) Câbles Chandails |
Emballages de cosmétique Gants Pots, couvercles Pulls Rembourrages (peluches) Tapis Transparents pour rétroprojecteur Voiles de bateaux ... |
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PP (Polypropylène)
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| Barrière vapeur d'eau Inertie chimique Transparence Rigidité Légèreté Moulabilité Résistance aux chocs Résistance à l'abrasion, à la pliure Tenue aux températures |
Bacs de rangement Barquettes (beurre, margarine) Barquettes pour micro-ondes Boites de batterie Boites de rangement Cageots Cassettes vidéo Champs opératoires Classeurs Combinés de téléphones Conduits d'air Conteneurs Coques de chaussures de ski Coques de planches à voile Corbeilles à papier Cordages Enjoliveurs |
Ficelles Films (confiserie) Flacons Pare-chocs Piluliers Planches de bord Porte-documents Pots de fleurs Pots de yaourts Revêtements de skis Revêtements de sols textiles Rubans adhésifs Sacs tissés (engrais) Seaux Tubes rigides Valisettes ... |
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PS (Polystyrène)
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| PS cristal Transparence Brillance Rigidité PS choc Opacité Sécabilité Résistance aux chocs |
Barquettes Boîtes à œufs Boîtiers Bouteilles Films |
Flacons Gobelets Plats, plateaux Pots de yaourts ... |
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PSE (Polystyrène expansé)
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| Isolation thermique Légèreté Moulabilité Etanchéité Résistance aux chocs Densités multiples |
Barquettes Boîtes à œufs Boîtes isothermes |
Caissettes, caisses Calages de protection Flacons ... |
Certains polymères sont également associés afin d'obtenir une complémentarité des propriétés finales voire même une synergie. Si l'association des polymères s'effectue au niveau moléculaire (microscopique), on parle d'alliages de polymères ; si l'association est au niveau macroscopique, on parle alors de complexes.
4 Fabrication et transformation
La grande majorité des polymères est actuellement élaborée à partir du pétrole selon le procédé suivant :
4.1 Le raffinage et le vapocraquage
Le pétrole brut est raffiné et donne différentes fractions après distillation. La fraction d'essences légères, appelée naphte ou naphta, est isolée pour être ensuite " craquée " (distillée) à la vapeur. Cette opération permet d'obtenir les molécules chimiques indispensables à la fabrication des polymères, les monomères : éthylène, propylène, butadiène, ...
4.2 Les réactions de polymérisation
Chaque monomère est isolé. Il est ensuite combiné avec d'autres monomères de même nature ou de nature différente lors d'une réaction chimique appelée réaction de polymérisation. Il existe plusieurs types de réaction de polymérisation.
| La polyaddition : (polymérisation en chaîne) |
les monomères se soudent les uns aux autres de façon consécutive (un à un) sans élimination de résidus ; |
| La polycondensation : | les fonctions chimiques des monomères interagissent entre elles, toutes en même temps et s'assemblent en dégageant de petites molécules. Le polymère obtenu est aussi appelé polycondensat. |
4.3 Les adjuvants
De nombreux additifs entrent dans la composition finale des matières plastiques pour améliorer ou adapter plus finement leurs propriétés à leur utilisation. Ces adjuvants sont de plusieurs types avec des rôles spécifiques, fonctions de la quantité incorporée.
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LES CHARGES
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LES PLASTIFIANTS
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LES STABILISANTS
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LES LUBRIFIANTS
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LES COLORANTS ET PIGMENTS
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LES RETARDATEURS DE FLAMME OU IGNIFUGEANTS
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LES AGENTS ANTISTATIQUES
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4.4 Les transformations ou mises en forme
Une fois synthétisés, les polymères se présentent sous forme de poudres ou granulés, prêts à être transformés en demi-produits ou en produits finis. Il existe également de nombreux procédés de transformation adaptés à la nature du polymère à mettre en œuvre et à la forme finale souhaitée :
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Injection
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Ce procédé permet de donner aux matières plastiques une fois ramollies la forme - simple ou complexe - du moule dans lequel elles ont été injectées. è palettes, coques de télévisions, boites, pots, tableaux de bord, ... |
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Extrusion
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Cette méthode permet de fabriquer des produits en continu. è profilés, tubes, films, feuilles, sacs, plaques, ... |
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Extrusion-Soufflage
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Les matières plastiques extrudées cette fois en discontinu (préformes) sont ensuite soufflées dans un moule pour en prendre la forme. è bouteilles, flacons, bidons, réservoirs, conteneurs, ... |
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Rotomoulage
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La matière plastique en poudre est introduite dans un moule clos puis est centrifugée sur les parois chaudes. On obtient par cette méthode des corps creux de gros volume. è cuves, réservoirs, conteneurs, ... |
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Expansion
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Le moussage ou expansion des polystyrènes et des polyuréthannes permet de fabriquer des produits alvéolaires. è calage, sièges automobiles, ameublement, caissettes, ... |
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Compression
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Cette méthode sert à mettre en forme les polymères thermodurcissables. è pièces plates (vaisselle, accessoires électriques, ...) |
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Calandrage
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Ce procédé permet d'obtenir des produits plats de grande largeur par laminage de la matière plastique entre plusieurs séries de rouleaux. è feuilles, plaques, films, sols plastiques, ... |
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Enduction
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Couplée au calandrage, cette méthode permet de déposer une résine plastique sur un support continu (papier, carton, tissu) en décoration ou en protection. è revêtement de sols, de murs, mobilier, ... |
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Thermoformage
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Après avoir été ramollis sous la chaleur, les demi-produits thermoplastiques (plaques ou feuilles) sont emboutis sur une forme. è gobelets, pots de yaourts, cuves, ... |