Haut polymère à molécule géante (obtenue par l’assemblage régulier de centaines de molécules de l’hydrocarbure monomère éthylénique (oléfine), cyclique (aromatique) ou non saturé, ce type d’hydrocarbure étant caractérisé par des doubles liaisons entre les atomes de carbone capables de s’ouvrir facilement pour s’unir entre elles ou à d’autres corps.

Généralités

Le bois, le caoutchouc, le cuir, la soie, la laine et le coton sont des hauts polymères naturels, aujourd’hui complétés ou remplacés par des élastomères, des plastiques et des fibres textiles synthétisés à partir du pétrole. En 1963, le prix Nobel de chimie récompensa l’Allemand Karl Waldemar Ziegler et l’Italien Giulio Natta, qui avaient découvert et mis au point entre 1953 et 1955 les procédés de polymérisation des oléfines.

On distingue quatre grandes classes de hauts polymères.

• Les polymères thermoplastiques sont formés de macromolécules en chaîne droite, sans ramifications. Ils sont susceptibles d’être à volonté ramollis, fondus, moulés, solidifiés, plastifiés, laminés, extrudés, souflés, etc., sans perdre leurs caractéristiques. Les principaux sont le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène, le polyvinyle et les polyacrylates.

• Les polymères thermodurcissables, ou réticulables, possèdent des molécules moins grosses, à chaîne ramifiée, les branches se combinant à leurs voisines au cours du moulage pour donner des réseaux tridimensionnels pris en masse une fois pour toutes et qui ne peuvent plus être fondus sans détruire leur adhésion. Ce sont les résines phénoliques (Bakélites), époxydes (Araldite), les aminoplastes (Formica), les polyesters et les polyuréthannes.

• Les élastomères*, ou caoutchoucs synthétiques, sont polymérisés à partir des dioléfines, hydrocarbures ayant deux doubles liaisons.

• Les fibres, textiles* de synthèse, qui peuvent être des polyamides (Nylon), des polyesters (Tergal), des polyacrylates (Orlon) ou des polyoléfines.

On qualifie, arbitrairement à vrai dire, de pétrochimiques les polymères obtenus directement à partir d’un hydrocarbure pétrolier, à l’exclusion de synthèses plus complexes.

Principaux polymères

Le polyéthylène (C₂H₄)_n

• Le polyéthylène à basse densité (0,93 de masse spécifique), découvert en 1936, est fabriqué à partir d’éthylène H₂C=CH₂, oléfine gazeuse obtenue par le steam-cracking de fractions pétrolières, que l’on soumet à des pressions très élevées, plusieurs milliers de bars. Chaque molécule est constituée par de grandes chaînes de 1 000 à 2 000 atomes de carbone, sur lesquelles viennent s’articuler quelques dizaines de branches latérales. Le polyéthylène se présente sous la forme d’un solide blanchâtre, translucide, presque inaltérable, mais fragile à la chaleur. On en tire par moulage une foule d’objets de grande consommation, dont la production mondiale dépasse 4 Mt.

• Le polyéthylène à haute densité (0,96 de masse spécifique) est, au contraire, fabriqué à la pression atmosphérique grâce aux catalyseurs Ziegler : tétrachlorure de titane et triéthylaluminium. Sa molécule est un long assemblage linéaire de 500 à 1 000 molécules d’éthylène, pratiquement sans ramifications, qui se cristallisent pour donner un solide plus rigide et plus résistant à l’eau bouillante que la variété à basse densité. Une certaine tendance à la fissuration en présence de solvants et de détergents peut être éliminée en provoquant la formation de quelques branches latérales ou en utilisant des mélanges des deux variétés de polyéthylène. Le tonnage mondial du polyéthylène à haute densité est le tiers environ de celui du polyéthylène à basse densité.

Ces deux polyéthylènes constituent l’ensemble le plus répandu de tous les plastiques, dépassant même le polychlorure de vinyle, avec des débouchés universels comme les articles ménagers, les bouteilles et les emballages pelliculaires.

Le polypropylène (C₃H₆)_n

Œuvre de Natta en 1954, la polymérisation du propylène se réalise avec des catalyseurs Ziegler métalliques à base de titane et d’aluminium. Parmi le très grand nombre de polymères théoriquement possibles, on obtient, suivant les conditions du procédé, trois types de polypropylène, parmi lesquels l’« isotactique » est le plus demandé : il s’agit d’un corps plastique solide plus dur que le polyéthylène, plus résistant aussi à la flexion et à la fissuration. C’est un matériau de choix pour les emballages pelliculaires transparents, les cordages et les filets, les tapis, les sacs et les tissus d’ameublement. On peut également en tirer des objets moulés à placage métallique.

En incorporant de l’éthylène au monomère, le « copolymère » de polypropylène et de polyéthylène obtenu devient plus résistant aux très basses températures.