Polymère

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Le mot polymère vient du grec «polus» plusieurs, et «meros» parties.

Un polymère est une substance organique ou inorganique, liquide ou solide à température ambiante, constituée d'enchaînements en motifs répétés de macromolécules de même nature chimique et reliées par des liaisons covalentes. Un polymère peut être d'origine naturelle, ou obtenu par modification chimique d'un polymère naturel, ou bien entièrement synthétisé par voie chimique ou enzymatique par une réaction de polymérisation. Ces réactions de polymérisation, établissant des liaisons covalentes entre de petites molécules monomères (du grec monos: un seul ou une seule, et meros ; partie), conduisent à la formation de macromolécules ayant une structure tridimensionnelle. Les macromolécules dont les polymères sont constitués peuvent présenter des masses moléculaires (on devrait dire en fait masses molaires) variées ; la masse moléculaire d'un polymère est donc la moyenne de celle des macromolécules qui le constituent.

Sommaire 1 Généralités 2 Historique 3 Structure 3.1 Primaire 3.2 Bi- ou tridimensionnelle 4 Nomenclature 5 Grandeurs caractéristiques des polymères 6 Exemples 7 La pâte polymère 8 Voir aussi 8.1 Liens internes 8.2 Liens externes

[modifier] Généralités

Les polymères industriels peuvent être fabriqués à partir d'un seul type de monomère (on parle alors d'homopolymère, comme par exemple le polystyrène); ou bien à partir de plusieurs types de monomères (on parle alors de copolymères, comme par exemple l'acrylonitrile butadiène styrène).

On distingue deux grandes catégories de réactions chimiques permettant la préparation des polymères : la polymérisation en chaîne ou polyaddition (pour produire par exemple le polyéthylène, le polystyrène, le polypropylène...) et la polymérisation par étapes ou polycondensation (pour produire par exemple le PET ou poly(éthylène téréphtalate)).

Les polymères sont souvent classés d'après leurs propriétés thermomécaniques. Citons notamment :

• les thermoplastiques, qui deviennent malléables quand ils sont chauffés ce qui permet leur mise en œuvre ;
• les thermodurcissables, qui durcissent sous l'action de la chaleur ou par addition d'un additif ;
• les élastomères, qui sont déformables de manière réversible.

Les polymères sont devenus l'élément essentiel d'un nombre très important d'objets, dans lesquels ils ont souvent remplacé les substances naturelles. Le terme désigne des matières abondantes et variées: des protéines les plus ténues aux fibres de kevlar haute résistance. Certains polymères sont liquides et servent dans les shampooings; d'autres, solides, servent comme matériau de structure. Pour ces applications les polymères sont généralement mélangés à d'autres substances - des charges telles que la silice, des additifs tels que les antioxydants - dans des opérations de formulation. La fabrication des objets eux-mêmes résulte la plupart du temps d'une opération de mise en œuvre dans un procédé industriel qui relève du domaine de la plasturgie.

[modifier] Historique

La notion de macromolécule n'est apparue que tardivement dans l'histoire de la chimie. Bien que présagée par Wilhelm Eduard Weber au début du XIX^e siècle, de nombreux chercheurs ne voient là que des agrégats ou micelles. Il faut attendre les années 1920-1930 pour que l'idée de macromolécule soit acceptée, notamment grâce aux travaux d'Hermann Staudinger.

Le développement industriel consécutif de la science macromoléculaire a été accéléré ensuite par la Seconde Guerre mondiale. Les États-Unis d'Amérique ont été privés lors de leur entrée en guerre de leur approvisionnement en caoutchouc naturel en provenance d'Asie du Sud-Est. Ils ont alors lancé un immense programme de recherche visant à trouver des substituts de synthèse.

[modifier] Structure

[modifier] Primaire

Les macromolécules constituant les polymères sont des molécules "géantes" (d'où le préfixe "macro-"), résultant de l'enchaînement covalent (voir liaison covalente) de "motifs de répétition" identiques ou différents les uns des autres. La masse molaire de ces molécules dépasse souvent 10 000 g/mol, à comparer par exemple aux 18 g/mol de la molécule d'eau. Les liaisons covalentes constituant le squelette macromoléculaire sont le plus souvent des liaisons carbone-carbone (cas du polyéthylène, du polypropylène...), mais peuvent également résulter de la liaison d'atomes de carbone avec d'autres atomes, notamment l'oxygène (cas des polyéthers et des polyesters) ou l'azote (cas des polyamides). Il existe également des polymères pour lesquels l'enchaînement résulte de liaisons ne comportant pas d'atomes de carbone (polysilanes, polysiloxanes, etc...)

Cet enchaînement de motifs répétés présente chez polymères les plus simples une structure linéaire, un peu comme un collier de perles. On peut également rencontrer des branches latérales (elles mêmes plus ou moins branchées), résultant soit d'une réaction chimique parasite au cours de la synthèse du polymère (par exemple dans le cas du polyéthylène basse densité ou PEBD), soit d'une réaction de greffage pratiquée volontairement sur le polymère pour en modifier les propriétés physico-chimiques.

Dans le cas où la macromolécule est composée de la répétition d'un seul motif – ce qui résulte le plus souvent de la polymérisation d'un seul type de monomère -, on parle d'homopolymères. Quand plusieurs motifs différents sont répétés on parle de copolymères. On distingue ensuite plusieurs types de copolymères suivant l'organisation entre les différents monomères. Dans le cas le plus fréquent, on a un copolymère statistique où les différents monomères se mélangent en fonction de la réactivité et de la concentration de ceux-ci. Les propriétés mécaniques sont alors moyennées. En revanche, dans un copolymère à blocs (appelé également copolymère séquencé) ou copolymère alterné, il peut y avoir combinaison des propriétés mécaniques.

[modifier] Bi- ou tridimensionnelle

Il existe parfois des liaisons covalentes vers d'autres morceaux de chaînes polymères. On parle alors de molécules "branchées" ou ramifiées. On sait synthétiser par exemple des molécules en 'peigne' ou en 'étoile'. Lorsque de nombreuses chaînes ou chaînons ont été réunis par un certain nombre de liaisons covalentes (les points de branchement sont appelés points ou nœuds de réticulation), elles ne forment plus qu'une macromolécule gigantesque; on parle alors d'un réseau réticulé ou rétifié.

[modifier] Nomenclature

La nomenclature UICPA recommande de partir du motif de base de la répétition. Cependant de très nombreux polymères ont des noms usuels ne respectant pas la nomenclature UICPA. Un exemple : Le polymère de formule (CH₂ − CH₂)_n est couramment appelé polyéthylène. Pourtant, si l'on respecte la nomenclature, il devrait être nommé polyméthylène car le motif constitutif n'est pas l'éthylène CH₂ = CH₂ mais le méthylène CH₂.

Voici quelques autres exemples de cas où l'appellation usuelle et la nomenclature UICPA diffèrent :

Formule	Nom UICPA	Appellation usuelle
(O − CH2 − CH2)n	Poly(oxyéthylène)	Polyoxyde d'éthylène
(O − CH2)n	Poly(oxyméthylène)	Polyformaldéhyde
(CH2 − CH = CH − CH2)n	Poly(1-buténylène)	Polybutadiène

[modifier] Grandeurs caractéristiques des polymères

[modifier] Exemples

[modifier] La pâte polymère

Une pâte d'apparence plastique, disponible sous plein de teintes différentes, est aussi appelée pâte polymère, ou pâte Fimo (qui est une marque). Utilisée dans le bricolage artistique, elle est très souple au touché, s'achète dans les magasins d'arts créatifs et se cuit dans un four ménager pendant 25 minutes. D'autres marques que Fimo sont disponible sur le marché, mais c'est bien elle la plus répandue.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens internes

[modifier] Liens externes