ÉLASTOMÈRES ou CAOUTCHOUCS

Caractéristiques fondamentales des élastomères

Bien que faisant partie d'une seule et même grande famille, celle des polymères, les élastomères ont un comportement très particulier et très différent des matières plastiques, ou plastomères.

Pour qu'un matériau soit mécaniquement reconnu comme un caoutchouc, il doit être :

– souple, c'est-à-dire de faible rigidité (quelques mégapascals) ;

– hautement déformable, c'est-à-dire capable de supporter de très grandes déformations sans se rompre ou d'atteindre des allongements « rupture » de plus de 100 p. 100, tout en possédant, à son allongement maximal, une résistance à la rupture relativement élevée ;

– élastique ou résilient, c'est-à-dire capable de retrouver sa géométrie initiale, après cessation d'une sollicitation, tout en restituant quantitativement au milieu l'énergie qui lui a été fournie pour le déformer.

Aspect moléculaire

Pour répondre à ces caractéristiques mécaniques, un élastomère est constitué de longues chaînes moléculaires, appelées macromolécules, qui sont repliées sur elles-mêmes au repos : c'est la pelote statistique. Les interactions entre chaînes sont faibles (faible cohésion) et sous l'action d'une contrainte externe, les chaînes possèdent de très nombreuses possibilités conformationnelles (par rotation autour des liaisons carbone-carbone) dans le domaine des températures d'utilisation. Ces chaînes macromoléculaires repliées sur elles-mêmes s'enchevêtrent avec leurs voisines et conduisent à un matériau élastique sous l'effet d'une faible contrainte. Lorsque l'on applique une plus forte contrainte, les chaînes vont se déployer, glisser et finir par se désolidariser les unes des autres. C'est pourquoi la réalisation de liaisons chimiques entre les chaînes, pour former un réseau tridimensionnel stable, a été la découverte primordiale pour l'utilisation des élastomères.

Cette formation de liaisons chimiques (généralement covalentes), appelées encore ponts de réticulation, est le résultat de la vulcanisation des caoutchoucs obtenue notamment avec du soufre (le terme fait allusion à Vulcain, dieu romain du feu et des volcans). Cette réaction impose la présence de sites actifs sur les chaînes macromoléculaires (doubles liaisons, hydrogène ou halogène labile, etc.).

La pelote statistique permet d'expliquer l'aspect thermodynamique de l'élasticité caoutchoutique. Trois phénomènes peuvent être constatés :

– une bande de caoutchouc soumise à une déformation en traction s'allonge de plusieurs fois sa longueur au repos ; il y a déploiement des chaînes macromoléculaires qui, si on relâche la tension, reviennent à leur état initial pelotonnées ;

– quand on étire une bande de caoutchouc, on passe par un état plus ordonné de la matière, moins stable thermodynamiquement, et la bande s'échauffe ;

– en chauffant une bande de caoutchouc sous tension, elle se rétracte, on a alors augmentation de l'entropie (retour à l'état désordonné de la matière dû aux mouvements microbrowniens des segments moléculaires).

Température de transition vitreuse

La température de transition vitreuse (T_v) d'un polymère dépend de nombreux facteurs (doubles liaisons, polarité des chaînes, microstructure, etc.) [cf. polymères]. C'est elle qui définit le comportement d'un élastomère par rapport à un plastomère (non cristallin).

En règle générale :

– si T_v est supérieure à la température ambiante, on a affaire à un plastomère ;

– si T_v est inférieure à la température ambiante, on a affaire à un élastomère.

Variation du module du caoutchouc naturel et du polystyrène - crédits : Encyclopædia Universalis France — Variation du module du caoutchouc naturel et du polystyrène
Encyclopædia Universalis France

L'analyse des spectres thermomécaniques d'un plastomère (polystyrène) et d'un élastomère (caoutchouc naturel) montre les domaines d'utilisation et de mise en forme (mise en œuvre) de ces[...]

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Écrit par

Christian HUETZ DE LEMPS : professeur, directeur de l'UFR de géographie, université de Paris-IV-Sorbonne
Françoise KATZANEVAS : directrice des études de l'École supérieure des industries du caoutchouc

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Classification

Pour citer cet article

Christian HUETZ DE LEMPS et Françoise KATZANEVAS. ÉLASTOMÈRES ou CAOUTCHOUCS [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

HUETZ DE LEMPS, C. & KATZANEVAS, F.. ÉLASTOMÈRES ou CAOUTCHOUCS. Encyclopædia Universalis. (consulté le )

HUETZ DE LEMPS, Christian et KATZANEVAS, Françoise. « ÉLASTOMÈRES ou CAOUTCHOUCS ». Encyclopædia Universalis. Consulté le .

HUETZ DE LEMPS, Christian, et KATZANEVAS, Françoise. « ÉLASTOMÈRES ou CAOUTCHOUCS ». Encyclopædia Universalis [en ligne], (consulté le )

Médias

John Boyd Dunlop - crédits : Hulton Archive/ Getty Images — John Boyd Dunlop

Hulton Archive/ Getty Images

Influence de la température sur les propriétés de rupture - crédits : Encyclopædia Universalis France — Influence de la température sur les propriétés de rupture

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Autres références

ANILINE
- Écrit par Alain TRINQUIER
- 1 375 mots
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ANTIOXYGÈNES
- Écrit par Robert PANICO
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– le« vieillissement » du caoutchouc. On utilise surtout des amines : la N-phényl-β-naphtylamine, la 4,4′-diméthoxydiphénylamine, la N,N′-diphényl-para-phénylènediamine et aussi des phénols, notamment le 2,2′-méthylène-bis-(4-méthyl-6-tert-butylphénol), ce dernier étant stable...
AUTOMOBILE - Technologie
- Écrit par Georges BRESSON, Jean-Pierre CAPET, François de CHARENTENAY, Universalis, Thierry HALCONRUY, Frédéric RIVAS, Jean-Pierre VÉROLLET
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Lesmélanges sont élaborés à partir de caoutchoucs naturels ou synthétiques, de charges de renforcement (noir de carbone, silice), d'agents de vulcanisation et de protection. Plusieurs mélanges, dont les caractéristiques varient selon la position qu'ils occupent dans le pneumatique, sont nécessaires...
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L' adhésion du caoutchouc aux fils d'acier laitonnés des pneus à carcasse radiale illustre le concept d'ancrage par réaction avec le substrat. Le caoutchouc, qui joue le rôle de colle de réaction, est réticulé par du soufre (vulcanisation). Il n'adhère pas à la surface de l'acier. L'adhésion se produit...
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