POLYMÈRES

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Un polymère est une grosse molécule résultant de la réunion, au moyen de liaisons chimiques comme autant d'accroches, de modules unitaires, ou monomères. On appelle « degré de polymérisation » le nombre de maillons de la chaîne ainsi formée. En conséquence, la masse moléculaire est très grande, souvent des millions de daltons : on parle de macromolécules pour désigner de telles entités. La distribution des degrés de polymérisation autour d'une valeur moyenne est ce qu'on appelle la polydispersité du polymère. Les polymères fabriqués aujourd'hui se caractérisent par de faibles polydispersités, ce qui permet de mieux contrôler leurs diverses propriétés caractéristiques.

Lorsque les monomères X sont tous identiques, et que leur séquence est du type –X–X–X–X–X–, il s'agit d'un homopolymère. Lorsque les monomères appartiennent à deux ou plusieurs espèces chimiques différentes, avec un enchaînement du type –X–Y–X–Y–X–Y–X–Y–, on les désigne du terme « copolymère » : alternés lorsqu'ils ont la forme (A–B–A–B)n, ou séquencés lorsqu'une séquence de A suit une séquence de B : AAA–BBB. Certains polymères, tels ceux venant d'être schématisés, sont linéaires. D'autres sont branchés, avec des ramifications. Lorsque deux chaînes polymériques sont pontées par un tel branchement, on parle de « réticulation ». On connaît aussi des alliages de polymères, qui sont des dissolutions mutuelles de deux ou plusieurs polymères. Les dendrimères sont des polymères branchés de manière fractale : chacune des branches est elle-même branchée, et ainsi de suite, souvent en étoile. Bref, les polymères illustrent à foison la chimie comme une combinatoire, à l'instar des instruments de l'orchestre dont la réunion des timbres permet la composition des musiques les plus diverses.

Les liaisons chimiques entre unités monomériques peuvent s'établir à nombre d'atomes invariant, par redistribution électronique, sous l'influence d'une élévation de température et/ou de pression ; ou sous l'influence d'initiateurs, ioniques ou radicalaires. On observe alors la croissance d'une chaîne polymérique, jusqu'à consommation intégrale du monomère ou arrêt de la chaîne. Lorsque la liaison chimique entre deux monomères consécutifs provient de l'élimination de petites molécules stables, comme lorsque des molécules d'eau H2O résultent de la combinaison d'une fonction acide –COOH et d'une fonction alcool –OH pour former un ester –COO–, lors de la production d'un polyester, on parle d'une polycondensation.

En règle générale, on mène une polymérisation en présence d'un catalyseur. Ce dernier est le plus souvent un solide (catalyse hétérogène), alors que les monomères se trouvent à l'état gazeux, sous température et pression élevées. Le rôle de ce catalyseur, réutilisé après régénération, est de contrôler la polymérisation, non seulement dans la longueur des chaînes, dans leur éventuel branchement, dans la séquence précise d'un copolymère, mais aussi dans la disposition spatiale de la chaîne polymérique en cours de formation.

Les monomères sont produits par les raffineries de pétrole, à commencer par leur tête de file l'éthylène H2C=CH2. Cela met la chimie des polymères en aval de la pétrochimie, et l'industrie textile en aval de l'industrie chimique. On observe le recentrage de ces industries près des centres de production pétrolière, d'où la redistribution vers l'Asie et les pays du golfe Persique, hors d'Europe et d'Amérique du Nord.

Les termes « polymères » et « plastiques » sont devenus presque synonymes. On respecte ici la distinction suivante : cet article se focalise sur la constitution chimique des grandes familles de polymères, tandis que l'article sur les plastiques porte sur l'utilisation de ces matériaux, d'apparition récente puisque leurs fabrications datent toutes du xxe siècle. Les résines sont initialement des polymères produits par des plantes (conifères) se défendant d'une agression ; le mot « résine » fut étendu aux polymères synthétiques.

La chimie des polymères a fait naître une physique de la matière molle, a bouleversé la science des matériaux ; elle a aussi changé toute notre existence.

Chimie des matériaux au quotidien, T. Mallah

Vidéo : Chimie des matériaux au quotidien, T. Mallah

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Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Propriétés

On distingue polymères thermoplastiques et thermodurcissables. Les premiers s [...]

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Écrit par :

  • : professeur honoraire à l'École polytechnique et à l'université de Liège (Belgique)

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Pour citer l’article

Pierre LASZLO, « POLYMÈRES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/polymeres/