EPIGRAPHE

DEDICACE

REMERCIEMMENT
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABREVIATIONS
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION

Selon Michel Loubry, la production mondiale de matières plastiques poursuit sa

croissance et c’est peu de le dire. Passée de 1,5 million de tonnes (Mt) en 1950 à
335 Mt en 2016, elle a progressé de 4,5 % rien qu’entre 2015 et 2016. Entre
2008 et 2016, 90 Mt supplémentaires ont été produites, ce qui représente une
augmentation de près de 40 % en moins de dix ans.
La demande suit la même tendance : dans les faits, c’est bien la production qui
suit la demande. Elle est concentrée sur cinq polymères standards (PE, PVC,
PET, PP, PS) qui totalisent 85 % de la demande avec un volume de 239 Mt. Ils
poursuivent chacun leur progression sans qu’aucun ne faiblisse tant ils
remplissent des fonctions dont le marché a besoin. Les polyoléfines (PE et PP)
représentent toujours plus de 55 % de la demande globale, alors que le PVC
reste le second polymère le plus utilisé au monde. La production mondiale de
thermoplastiques a plus que triplé en vingt-six ans et devrait atteindre plus de
300 Mt vers 2018. Matériaux récents dans l’histoire de l’humanité, les plastiques
doivent leur expansion à leur grande diversité, à la multiplicité de leurs
performances et à leur accessibilité en prix.
Il y a une « solution plastique » à (presque) toutes les problématiques.
Sources d’innovations permanentes, seuls ou en combinaison avec d’autres
(matériaux composites par ex.), ils poursuivent leur progression dans tous les
secteurs aval.
L’automobile et l’aéronautique les utilisent de plus en plus pour leur légèreté
afin de réduire leur consommation d’énergie. Ils jouent un rôle de premier plan
dans le développement des énergies renouvelables : éoliennes, panneaux
solaires, batteries électriques… Dans le bâtiment et l’habitat, les plastiques sont
les champions de l’isolation et des réseaux (eau, électricité et gaz), autant que
des incontournables en matière de design.
Tous les polymères progressent sans surprise, l’emballage reste le principal
secteur utilisateur, comme dans l’ensemble du monde. Il totalise pratiquement
40 %, loin devant les autres secteurs comme l’automobile, le bâtiment,
l’agriculture et les équipements électriques et électroniques, qui sont tous en
progression.
1. PROBLEMATIQUE
La République Démocratique du Congo (précisément la ville province de
Kinshasa) connait à ces jours un sérieux problème de pollution
environnementale. Nous remarquons aujourd’hui la présence des matières
plastiques à l’occurrence les sachets et les bouteilles abandonnées à
l’environnement avec toutes les conséquences environnementales que l’on peut
imaginer. Certaines matières plastiques telles les sachets ou les bouteilles sont
peu biodégradables lorsque cela se retrouvent abandonnées à l’environnement,
elles peuvent être drainé par l’eau de ruissellement jusqu’au niveau des rivières
ou du fleuve devant ainsi des polluants aquatique et pouvant entrainer les
conséquences dramatiques au niveau de la flore et la faune aquatique. Ces
matières plastiques peuvent se retrouver enfouies dans le sol et suite à leurs
faible biodegrabilité, elles peuvent entrainer l’appauvrissement du sol.
L’imperméabilité et la forme des bouteilles, font de celles-ci un abri idéal pour
les insectes ou un gite excellent pour la reproduction des moustiques qui peuvent
à la longue transmettre à l’homme la malaria ou d’autres maladies. République
Démocratique du Congo fait également face à des défis majeurs en matière de
logement et d’urbanisation, dans un contexte de forte croissance
démographique. L’utilisation de matériaux de construction locaux et durables
représente un enjeu essentiel pour répondre à ces besoins de manière abordable
et écologique.

Au regard des problèmes soulevés ci-haut, il est important de se poser une

question celle de savoir qu’est ce qui faut faire pour résoudre le problème de
pollution environnementale dû à la mauvaise gestion des matières plastiques ?

1.1. PROBLEMATIQUE TECHNIQUE

Faisant référence à l’objectif principal de ce travail, techniquement plusieurs

interrogations ont lieu :

1. Quelles sont les matières premières à utiliser dans cette étude ? Quelles
sont leurs caractéristiques?
2. Comment formuler ce matériau composite et quelles sont ses propriétés
mécaniques après formulation ?
3. Quels sont les paramètres de base à surveiller pendant la formulation ?
4. Quels sont les procédés de formulation et de mise en forme les plus
adaptés pour optimiser les performances de ce matériau composite ?
Comment peut-on en améliorer la durabilité ?
5. Quel est l’impact environnemental de l’utilisation de ce matériau
composite par rapport aux solutions traditionnelles ? Permettent-ils de
réduire significativement les déchets plastiques ?
6. Quels sont les principaux défis techniques et économiques à surmonter
pour favoriser l’adoption de ces briques dans le secteur de la
construction ?
 Ces questions trouveront des réponses satisfaisantes à la suite de ce
travail.
2. HYPOTHESE

L’incorporation de déchets plastiques PET dans un matériau composite à base

d’argile et de sable est une solution idéale pour pallier au problème de pollution
environnementale et obtenir un matériau de construction ayant des propriétés
améliorées.

3. OBJECTIFS
Ce travail est centré autour d’un seul et unique objectif principal, celui de
formuler un matériau composite a base du PET, argile et du sable.
Spécifiquement il est question de :

1. Caractériser les matières premières en particulier l’argile et le sable et

catégoriser le PET ;
2. Etudier les effets et les contributions de chaque composant lors du
processus de formulation ;
3. Déterminer ou évaluer les différentes propriétés du matériau obtenu et
faire une étude comparative avec le matériau existant ;
4. Etudier la faisabilité technique et économique de la production à grande
échelle du matériau composite.
5. Identifier les domaines d’application potentiels du matériau composite
développé (construction) et évaluer ses avantages par rapport aux
solutions existantes.
4. INTERET DU TRAVAIL
L’utilisation de déchets plastiques PET dans la formulation d’un matériau
composite pour la construction présente de nombreux avantages. Tout d’abord,
cela permet de valoriser ces déchets en les réintégrant dans le cycle de
production, réduisant ainsi leur impact environnemental. De plus, l’ajout de
plastique PET au mélange d’argile et de sable peut améliorer les propriétés
mécaniques du matériau, le rendant plus résistant et durable pour des
applications de construction.
5. SUBDIVISION DU TRAVAIL
Hormis l’introduction et la conclusion, le présent travail comprend deux parties
contenant chacune respectivement un et trois chapitres. La première partie
évoque au chapitre premier les notions théoriques sur le PET, l’argile et le sable.
La seconde partie traite au deuxième chapitre l’échantillonnage et la
méthodologie de formulation, le troisième chapitre se base sur l’évaluation des
propriétés du matériau obtenu et le dernier chapitre englobe la présentation et
discutions des résultats.
CHAPITRE I : CONCEPTS THEORIQUES

I. 1. ARGILE ET SABLE

I.1.1. Argile

A. Introduction :

L'argile est une matière première naturelle découverte depuis l'Antiquité. Elle
avait une place thérapeutique importante au Moyen Âge, où elle était
couramment utilisée pour soigner (soigner quoi???). En Extrême-Orient, c'est le
matériau principal dans la fabrication de la porcelaine chinoise, de la céramique,
des briques et des tuiles dans d'autres civilisations.

B. Définition :

Le mot argile vient du grec "Argilos" dérivé de "Argos" ou du latin "Argila" qui
veut dire blanc (El Yakoubi, Nadia.2006). Il s’agit du même auteur ou de deux
auteura différents? Si c’est le même auteur, seul le nom et la date suffisent.
L'argile est à l'origine une roche sédimentaire obtenue suite à la dégradation des
roches volcaniques dues à des phénomènes d'érosion et d'altération chimique
sous l'action des agents atmosphériques. Les minéraux représentent la plus
grande partie de la composition de l'argile et se présentent sous forme de petits
granules (inférieur ou égal à 2 μm).

Véritable cadeau de la nature, l’argile est essentiellement constituée de silicates

d’alumine hydratés, dans lesquels sont imbriqués des éléments minéraux qui lui
donnent sa coloration. Ces éléments présents en quantités réduites sont des
oxydes d’alumine, de titane, de calcium, de magnésium, de potassium et de
sodium (Järnström et Sternius, 1994). Toujours énoncer une figure !!! Exemple :
la figure 1 suivante montre la composition chimique de l’argile.

Figure (1) : Composition chimique de l’argile.

 C. Structure des minéraux argileux

Les minéraux argileux sont des silicates hydratés (il s’agit généralement de
silicates d’aluminium mais parfois de silicates de magnésium) dont la structure
feuilletée permet de les ranger dans la famille de phyllosilicate (Mrad,
Mohamad, 2005). Il est toujours recommandé d’écrire les noms des autres en
minuscules sauf la première du nom. Ces feuillets sont bidimensionnels et
constitués de deux types de couches : des couches tétraédriques (T) et des
couches octaédriques (O).

· Couche tétraédrique : dont chaque tétraèdre TO4 est composée d'un

atome central T coordonné à quatre atomes d'oxygène. Chaque
groupement TO4 est lié aux tétraèdres voisins. L'association de six
tétraèdres engendre une lacune hexagonale. L'épaisseur de la couche
tétraédrique est considérée être environ 3,4 Ǻ. (Brigatti et al., 2006). Dans
le cas où on a plus de deux auteurs pour un article, on ne mentionne que le
nom du premier puis on met et al. en italique pour signifier qu’il y a
d’autres auteurs, puis on met la date.
· Couche octaédrique : dont chaque octaèdre est constitué au centre d'un
cation M entouré de six ligands (O, OH), La couche octaédrique est
considérée être moins épaisse que la couche tétraédrique (Brigatti et al.,
2006). Toujours énoncer la figure !!!

Figure 2 : Couche tétraédrique et octaédrique (Cuisinier, Olivier, 2002). Il

s’agit du même auteur ou de deux auteura différents?
 D. Classification des argiles

Le critère le plus simple et le plus employé pour la classification est le mode

d’agencement des tétraèdres et des octaèdres constitutifs des argiles. Deux
grandes classes sont définies :
· Les argiles fibreuses : (interstratifiés) sont des minéraux dans lesquels
les feuillets sont alternés où, le plus souvent, les espaces interfoliaires
sont différents.
· Les argiles phylliteuses : sont les plus répandues et les plus étudiés. Il
s’agit de phyllosilicates minéraux formés par l’empilement de feuillets,
chaque feuillet (épaisseur de 7, 10 et 14Å) est lui-même constitué de
plusieurs couches.

Selon le déficit de la charge du feuillet, le caractère et le taux d’occupation de la

couche octaédrique, on distingue ainsi trois principaux types d’argiles
phyllosilicates:
ü Type 1/1 (Minéraux à 7 Å).
ü Type 2/1 (Minéraux à 10-15Å).
ü Type 2/1/1 (Minéraux à 14 Å). (Defara, Garmia. 2018). Il s’agit du
même auteur ou de deux auteura différents?

Ø Minéraux de type 1/1 (ou T-O)

Les minéraux argileux de type 1/1 sont composés d’une couche tétraédrique lié à
une couche octaédrique (la couche octaédrique pouvant être de nature di- ou
trioctaédrique). Le feuillet est constitué d'une couche octaédrique et d’une
couche tétraédrique, l'équidistance caractéristique est d’environ 7 Å, à ce type
correspond le groupe de la kaolinite. (Samira, Bendou 2009) Il s’agit du même
auteur ou de deux auteura différents?

ü La kaolinite

C’est le minéral le plus abondant de la famille des phyllosilicates 1 /1, souvent

associée à d'autres minéraux. La présence de quartz est quasi systématique,
provenant des processus géologiques de formation des argiles. Pour les mêmes
raisons, on rencontre souvent des impuretés sous forme d'oxydes, de micas et /
ou de feldspaths. (Derafa, Garmia. 2018). Il s’agit du même auteur ou de deux
auteura différents?

Ø Minéraux de type 2/1 (ou T-O-T)

Les minéraux argileux de type 2/1 sont composés d’une couche octaédrique
prise ensandwich entre deux couches tétraédriques. Les différentes couches sont
liées entre elles via les oxygènesapicaux (Samira, Bendou 2009). Il s’agit du
même auteur ou de deux auteura différents?

Le minéral argileux neutre et chargé est donné. (pas compris !!). Les minéraux
argileux 2/1 sont notamment utilisés dans le domaine des cosmétiques, du
stockage, du génie civil, etc. D’autres particularités de ce problème sont
intrinsèques au sol argileux : constitution du sol argileux, degré d’hétérogénéité,
degré d’homogénéité, espèce d’argile (kaolinite, illite, smectite…), présence ou
non de carbonates.

ü Les smectites

Ce sont des phyllosilicates constitués de deux couches tétraédriques séparées par

une couche octaédrique. L’épaisseur totale du feuillet et de l’épaisseur
interfeuillet associé est d’environ 14 Å. Les minéraux les plus importants de
cette famille sont la montmorillonite, la beidellite, l’hectorite et la saponite. Les
smectites portent une charge négative à la surface, neutralisée par des cations
dits compensateurs, la principale origine de cette charge de surface provient de
substitutions isomor-phiques résultant du remplacement des cations métalliques
du réseau par des cations de la même taille mais de charge inférieure (la plus
fréquente est la substitution d’Al3+par Mg2+).

ü Les illites

Comme les smectites, l’illite est un phyllosilicate de type 2/1, les feuillets
possèdent une charge globale négative plus élevée que celle des smectites, qui
est compensée par des ions de potassium. La différence fondamentale avec les
smectites réside dans le fait que les ions compensateurs (potassium) ne sont que
très faiblement échangeables. L’illite a une capacité d’échange cationique faible
(de 20 à 40 meq /100g).

Ø Minéraux de type 2/1/1 (ou T-O-T-O)

Le feuillet est constitué de l'alternance de feuillets T-O-T et de couche
octaédrique interfoliaire, cette couche neutralise les charges portées par les
feuillets T-O-T. L’équidistance caractéristique est alors d'environ 14 Å. À ce
type correspond le groupe du chlorite.

ü Les chlorites

L’espace interfoliaire des chlorites n’est pas occupé par un cation compensateur
comme dans les cas précédents, mais par un feuillet d’hydroxydes chargé
positivement, l’espace basal caractéristique atteint 14 Å. Les chlorites sont
stables à haute température.

Minéraux interstratifiés (il est dans quelle classification?)

Ce type de minéraux est formé par un mélange d’argiles phylliteuses, c’est

l’association de deux ou plusieurs feuillets, qui s’alternent de différentes
manières :
ü Irrégulière : exemple de la sudoite (chlorite-montmorillonite).
ü Régulière : exemple de la bravaisite (illite- montmorillonite).

E. Les propriétés des minéraux argileux :

· La surface spécifique :

Les minéraux argileux sont caractérisés par une grande surface définie malgré
leur taille fine. Les propriétés des argiles sont principalement contrôlées par leur
surface interne et externe. La surface totale comprend la surface externe,
comprise entre les particules argileuses, et la surface interne, correspondant à
l'espace interfoliaire.

· La capacité de gonflement et d’adsorption d’eau :

Les argiles sont des petites particules (< 2μm), et à cause de leur taille, elles ont
une surface spécifique de contact très importante, qui leur confère la propriété
d’adsorption. Ces argiles sont appelées argiles gonflantes ont la capacité
d’incorporer dans leur structure des molécules d’eau. Cette eau modifie la
dimension de la couche en provoquant son gonflement.

Le mécanisme de gonflement serait donc composé d’un processus d’insertion

d’eau couche par couche où l’on assiste à une micro-division des particules, qui
elle-même provoquerait une diminution de la surface de ces particules, puis
d’une répulsion à surface constante entre les cristaux plus petits.
 · La Capacité d’échange cationique :
La notion de capacité d’échange cationique (CEC) provient du domaine de
l’étude des sols, et désigne la capacité d’un sol à retenir des cations. Les cations
contenus dans le sol se situent prin-cipalement dans les minéraux argileux
chargés négativement, ou dans la matière organique. Ils sont retenus pas des
forces électrostatiques avec leur matrice. Comme décrit précédemment, les
cations compensateurs sont nécessaires pour assurer l’électronégativité des
minéraux argileux chargés négativement à la suite des substitutions
isomorphiques de cations métalliques dans les sous-couches octaédriques ou
tétraédriques. À l’inverse des cations métalliques de la structure du feuillet, les
cations interstitiels peuvent être facilement échangés par d’autres cations.
(Bergaya et al., 2006)

F. Intérêt des argiles :

L'argile est un des plus anciens matériaux utilisés par l'homme. Pétrie avec de
l'eau, elle donne une pâte plastique qui peut être facilement moulée ou mise en
forme. Le modelage s'effectuait selon trois techniques fondamentales, par
colombin, par plaque ou par estampage. Après cuisson, elle donne un objet
résistant et (si argile de haute température, émaillé ou porcelaine) imperméable.
Ces propriétés remarquables sont à l'origine de son utilisation très ancienne pour
réaliser des objets en céramique, en porcelaine, etc.

Dans l’industrie chimique, elles amorcent certaines réactions (craquage des

huiles minérales ou polymérisation de certaines molécules organiques). Les
smectites (ensemble des argiles gonflantes), quant à elles, ont des capacités
d’adsorption très poussées et sont de ce fait employées pour filtrer les vins,
bières, clarifier les eaux souillées, dégraisser les laines par piégeage des
impuretés (Diard, 1996).

Utilisées comme source de silice et d’alumine les argiles forment les minéraux
de base de l’industrie des matériaux de construction, des réfractaires, isolants.
D’autres argiles, notamment les smectites sodiques et les attapulgites servent à
épaissir un grand nombre de liquides: eau douce, eau salée, solvants
aliphatiques, huiles végétales, glycols. Exploitée comme charge minérale,
l’argile joue un rôle important dans la papeterie et l’industrie du caoutchouc.
L'argile, par ses pouvoirs absorbant et adsorbant, interagit avec les minéraux,
oligoéléments, des principes actifs médicamenteux dans la lumière intestinale.
Une administration concomitante de cimétidine et d'argile entraine une fixation
de la cimétidine sur les feuillets empêchant son absorption. Une étude in vitro
démontre que le kaolinaltère de 30% la biodisponibilité de la quinine.

I.1.2. Sable

Le sable est défini comme la fraction des granulats pierreux dont les grains ont
des dimensions comprises entre 0,080 mm et 5 mm. Il s’agit d’une définition
générale, les limites pouvant varier selon les classifications utilisées. Le sable
désigne également les matériaux dont le diamètre maximal est inférieur à 6,3
mm et dont le pourcentage passant à 80 microns n’excède pas 30%.

A. Formation des sables

Les sables se forment à la suite de phénomènes physiques et chimiques qui

affectent les roches. Les processus physiques fragmentent les roches en éléments
de taille plus réduite, tels que les blocs, les graviers, les sables, les limons et les
argiles. Dans la formation des sables, c’est l’action physique qui prédomine.
Sous l’effet de processus physiques (vent, eau) ou chimiques (dissolution par
l’eau), ces éléments sont entrainés par les eaux de ruissellement. Lors de ce
transport, leur taille et leur morphologie vont varier en fonction du moyen de
transport utilisé. Les particules vont finalement se déposer ou être drainées
jusqu’à la mer. C’est ainsi que le sable se retrouvent sur les plages ou dans les
lits des cours d’eau.

B. Classification des sables

On peut classer les sables selon trois paramètres dont :

A. 1. Granulométrie

Dans ce type de classification, le critère principal est la taille des particules. La

classe des sables varie selon le système de classification ou le domaine
d’activité. Tous les systèmes de classification admettent principalement cinq (5)
sous classes qui sont :
Ø Le sable très fins (diamètre des grains de 0,0625 à 0,125 mm)
Ø Le sable fin (de 0,125 à 0,25 mm),
Ø Le sable moyen (de 0,25 à 0,5 mm),
Ø Le sable grossier (de 0,5 à 1 mm),
 Ø Le sable très grossier (de 1 à 2 mm).

A. 2. Propreté

La propreté d'un sable est une caractéristique déterminante par l'essai

d'équivalent de sable. Afin de donner des limites pour chaque type de sable.

A. 3. Nature minéralogique

En général, les sables peuvent être classés comme suit (Khetab, 2006) : sables
siliceux, sables silico-calcaires et sable calcaires.

C. Les types des sables selon leurs provenances

Selon leurs provenances, les sables peuvent être classés comme suit :

Ø Sable de rivière : il est obtenu par dragage des lits des cours d’eau.

Ø Sable de mer : il provient des côtes de la mer.

Ø Sable de carrière : Il contient souvent de l’argile qui enrobe les grains et

les empêche d’adhérer aux liants.

Ø Sable artificiel : il est obtenu par concassage des roches. C’est le sable
qui est directement lié à l’action de l’homme. Ce sont très souvent les
sous-produits des carrières de concassés de roches.

Ø Sable de dune : c’est une variété des sables de mer. Il est donc très fin.
(Rezig. Salima, 2012). Il s’agit du même auteur ou de deux auteura
différents?

D. Utilisation du sable

Le sable est une matière première essentielle dans de nombreux domaines,

notamment la construction et l’industrie verrière. Grâce à son abondance et à sa
facilité d’exploitation, le sable est utilisé dans de multiples secteurs d’activité.
Dans le génie civil, le sable est une matière première clé. Il est employé dans la
construction routière, aussi bien comme matériau de remblai que dans les
couches de base et de finition. Dans le bâtiment, il entre dans la composition du
béton, du mortier et des briques. Le sable constitue également la base sur
laquelle sont posés les pavés pour les chemins, routes secondaires, parkings, etc.

Le sable joue également un rôle important dans l’industrie de la fonderie, où il

sert à la réalisation des moules. Il intervient également dans la fabrication de
céramiques.

Grâce à ses propriétés abrasives, le sable est utilisé pour le ponçage et le

décapage de surfaces, notamment la pierre ou le métal. Il peut être projeté à la
sableuse pour nettoyer ou aplanir certaines surfaces.

En milieu naturel, le sable accumule des minéraux lourds alluvionnaires,

permettant ainsi l’extraction de certains minéraux précieux tels que l’or, les
diamants, la cassitérite (minerai d’étain), la magnétite (oxyde de fer) ou encore
l’ilménite (oxyde de fer et de titane).

Par ailleurs, le sable joue un rôle essentiel dans le domaine touristique. Lorsqu’il
est présent sur les plages et les dunes, il constitue un attrait majeur pour les
visiteurs. De plus, le sable s’avère indispensable à la protection des côtes,
agissant comme une barrière naturelle contre l’érosion. (Enongo et Dongo,
2009).

I. 2. LES PLASTIQUES

I. 2. 1. Définition et historique du plastique

Le plastique est une matière synthétique composée de polymères, c’est-à-dire de

grandes molécules constituées d’unités fondamentales appelées monomères,
reliées par des liaisons covalentes. Cette propriété permet de mouler ou modeler
facilement le plastique après chauffage, le rendant souple ou rigide selon les
besoins (Weiss, 2009). La majorité des plastiques utilisés dans le monde, soit
99%, sont fabriqués à partir de pétrole et de gaz naturel (Doublier, 2008).
Toujours énoncer un tableau !!! Exemple : le tableau 1 suivant résume...

Tableau 1 : résume l’histoire du développement du plastique (Aubry, 2014).

INVENTION DATE HISTORIQUE

Caoutchouc 1736 Caoutchouc naturel découvert par le français

 Charles Marie en mission au Pérou.

Nitrate de 1833 Première application industrielle de poudre de

cellulose coton par l’allemand Schoenbein

Vulcanisation 1839 Stabilisation des propriétés du caoutchouc le

rendant utilisable par l’américain Goodyear

Caoutchoucs 1860 Isolation de l’isoprène par l’anglais C.Wiliams

artificiels

Acétate de 1869 Les frères HYATT fabriquent des boules de billard

cellulose en mélangeant à chaud un plastifiant le camphre et
une substance végétale la nitrocellulose

Bakélite 1909 Première matière plastique synthétisée par le Belge

Baekeland installé aux Etats Unis.

PVC 1913 Polymérisation du chlorure de vinyle par

l’allemand Klatte.

Polymères 1922 Mise en évidence de la structure particulière des

polymères par l’allemand H. Staudinger

Plexiglas 1924 Barker et Skinner obtiennent un verre organique le

poly méthacrylate de méthyle connu sous le nom
de plexiglas

Polystyrène 1933 Mise au point par l’allemand Wuff

Polyamide 1935 Mise au point chez Du Pont de Nemours(USA) les

(nylon, kevlar) premières fibres polyamides par W.Carothers
Polyuréthanes 1937 Inventés par Otto Bayer

Téflon 1938 Le Tétrafluoréthylène (téflon) est découvert par

R.J.Plunkett ingénieur chez Du Pont de Nemours
Polyesters 1938 Premières polyesters thermodurcissable par Ellis

Polyéthylènes 1939 Première gammes de polyéthylènes basse

densité(PEBD) obtenues par Fawcett et Gobson
suivit du polyéthylène Haute Densité(PEHD) par
l’allemand Karl Ziegler en 1953

Polypropylène 1954 Polymérisation du propylène par l’italien Natta

PEba 1981 Nouvelle famille de matières synthétiques créée
par Gérard Deleens, intermédiaire entre les
élastomères (caoutchouc) et les plastiques

I. 2. 2. Synthèse des polymères (polymérisation)

Il y a deux types de réactions permettant de produire les polymères (Weghe,

2010) :
Ø Les réactions d’addition (mécanisme en chaîne)
Ø Les réactions de condensation (mécanisme par étapes)

I. 2.3. Structures des polymères

Les polymères peuvent adopter des architectures extrêmement variées. Ils

peuvent être de structure linéaire, ramifiée ou réticulée (Lecomte-Beckers,
2009). La plupart du temps, ils sont amorphes, mais peuvent parfois être
partiellement cristallisés.

Ø Polymères linéaires

Ces polymères sont constitués de longues chaînes de monomères reliés entre eux
par des liaisons covalentes. Ces macromolécules sont liées les unes aux autres
par des liaisons secondaires, telles que des liaisons hydrogène ou des liaisons de
Van der Waals. Lorsque ces liaisons secondaires sont présentes, le matériau
devient rigide et se comporte comme un solide.

Ø Polymères ramifiés

Lors de la polymérisation, des chaînes homopolymériques ou copolymériques

peuvent se greffer sur d’autres chaînes, créant ainsi une structure ramifiée. Au-
delà de la température de transition vitreuse, ces matériaux présentent un
comportement plus visqueux que les polymères linéaires.

Ø Polymères réticulés

La réticulation désigne la formation de liaisons chimiques entre les différentes

chaînes polymériques, suivant les différentes directions de l’espace, au cours de
la polymérisation, de la polycondensation ou de la polyaddition.

Ø Polymères amorphes et polymères cristallisés

En fonction de la structure physique des polymères, on peut les classer en trois

types d’état (Seyni, 2008 ; Charmet, 2015) :

· État amorphe : Dans cet état, les arrangements moléculaires n’ont pas
d’ordre prédéfini. Cette absence d’organisation se traduit par l’absence de
point de fusion, l’existence d’une température de transition vitreuse
(passage de l’état vitreux à l’état caoutchouteux) et une transparence
optique, comme pour le polystyrène cristal ou le poly (chlorure de vinyle)
“cristal”.
· État cristallin : Ici, les chaînes polymériques s’organisent de manière
ordonnée et compacte, formant un réseau cristallin. Cet état se caractérise
par une compacité supérieure à la phase amorphe, l’existence d’un point
de fusion, l’absence de transition vitreuse et une rigidité accrue.
· État semi-cristallin : Cet état est constitué d’un mélange de phases
cristallines et amorphes au sein du même polymère. La microstructure est
alors plus complexe, avec des propriétés mécaniques généralement
élevées.

I. 2.4. Différents types de plastiques (polymères)

On distingue trois grandes catégories de polymères : les thermoplastiques, les

thermodurcissables et les élastomères.

v Thermoplastiques

Les polymères ou résines thermoplastiques sont des composés dérivés

d’éléments organiques naturels. Ils ont la propriété de fondre lorsqu’ils sont
chauffés. Cela leur confère la capacité d’être mis en forme à l’état liquide ou
visqueux, puis de durcir à nouveau par refroidissement, sans subir de
transformation chimique irréversible. Dans la plupart des procédés de
fabrication, les thermoplastiques sont chauffés, puis mis en forme par moulage
par injection, extrusion ou thermoformage, avant d’être refroidis pour que le
produit final conserve sa forme.

Selon le processus de polymérisation, on obtient différents types de

thermoplastiques, comme par exemple :
· Le PVC (chlorure de polyvinyle).
· Les polyéthylènes,
· Les polystyrènes et
· Les polypropylènes.

v Thermodurcissables

Les matières thermodurcissables sont des polymères qui durcissent sous l’effet
de la chaleur. Lors de ce processus, les molécules constitutives (monomères) se
lient entre elles pour former un réseau tridimensionnel, rendant le matériau plus
rigide. Contrairement aux thermoplastiques, les thermodurcissables ne peuvent
être mis en œuvre qu’une seule fois. Ils ne sont donc pas recyclables. Leur mise
en forme implique la création définitive de ce réseau tridimensionnel dans le
moule, transformant la matière liquide ou visqueuse en un solide réticulé. Il
existe trois principales méthodes de transformation des thermodurcissables :

· L’injection : la matière est préchauffée et plastifiée avant d’être injectée

dans un moule chaud, où la réticulation se produit.
· La compression : la matière est placée dans un moule chaud qui se
referme sur elle.
· La compression-transfert : la matière est poussée depuis un cylindre
chauffant dans les empreintes du moule.

v Élastomères

Les élastomères sont des polymères qui présentent des propriétés élastiques
similaires à celles du caoutchouc. Ils se caractérisent par une très grande
déformabilité, pouvant atteindre 6 à 8 fois leur longueur initiale.

Ces polymères sont obtenus à partir de structures linéaires avec des liaisons
extrêmement faibles, les rendant initialement à l’état de liquides très visqueux.

Pour pouvoir être utilisés comme caoutchouc, des liaisons transversales,

appelées nœuds de réticulation, doivent être introduites entre les chaînes
moléculaires. Cela confère au matériau une structure tridimensionnelle qui
assure la réversibilité de la déformation mécanique. Ces nœuds de réticulation
sont créés par une réaction chimique appelée vulcanisation, effectuée après la
mise en forme initiale du matériau.

I. 2.5. Propriétés mécaniques des polymères

Les résistances mécaniques des polymères varient selon leur composition

chimique. De manière générale, les polymères sont souvent plus résistants et
plus légers que les pièces métalliques remplissant les mêmes fonctions. La
résistance à la traction, à la compression ainsi que la dureté dépendent
principalement de la nature des chaînes polymères et de la cohésion entre elles.
La résistance aux chocs, quant à elle, est liée non seulement à la cohésion
intermoléculaire, mais aussi à la capacité du matériau à dissiper l’énergie. Ainsi,
un plastique souple sera généralement moins cassant qu’un plastique dur.
L’incorporation de micro-granules d’élastomères dans certains polymères,
comme le polystyrène, peut d’ailleurs accroître significativement leur résistance
aux chocs. Toujours énoncer un tableau

Tableau 2 : résume quelques valeurs de résistance mécanique pour des

plastiques courants. (Marc, 2016 ; Fond, 2015 ; Lecomte-beckers, 2009b ;
Vivier, 2006) :.

Polymères Densité T° Résistance Limite Module Allongement

fusion compressio d’élasticité De à la rupture
(°C) n Young (%)
(MPa) (GPa)
PEHD 0,94 à 0,95 200 15 à23 25 1 50

PEBD 0,90 à 0,93 120 7à 10 15 0,2 500

à170

PVC 1,4 125 20 à 50 40 2à3 20 à 70

PET 1,34 200 12 à 15 2,7 à 40

à255 4,1

P.S 1,04 160 10 à 30 15 2,3 à 3

4,1

P.P 0,90 165 12 à 35 15 1,3 20

Polyester 1,7 260 40 à 60 10 à 20 2 400 à 500

Epoxyde 1,7 260 50 à 80 10 à 20 2 400 à 500

Polybutadièn 0,97 280 50 à 100 30 à 60 1 100 à 800

e
Poly isoprène 0,95 280 28 30 à 60 1 100 à 800
(latex)

I. 2.6. Domaines d’application des plastiques

Les plastiques sont utilisés dans de nombreux secteurs d’activité. En voici

quelques exemples :

Emballages : C’est le plus gros domaine d’utilisation des plastiques. Ils servent
à stocker, transporter, protéger et conserver toutes sortes de produits, notamment
alimentaires.

Bâtiment et construction : Bien que souvent cachés, les plastiques y jouent un

rôle essentiel, grâce à leurs propriétés :

· Durabilité et résistance à la corrosion (châssis de fenêtres, tuyauteries)

· Isolation thermique, acoustique (cloisons)
· Faible coût
· Entretien minimal (pas besoin de peinture par exemple)
· Hygiène et facilité de nettoyage
· Économie de ressources (coût, facilité d’installation, longue durée de vie)

Transports : Les nouvelles générations de plastiques légers permettent des

économies d’énergie substantielles. Leur intégration croissante dans les voitures,
trains et avions les rend plus légers, tout en apportant un meilleur confort aux
usagers, comme une augmentation de la pression et du taux d’humidité dans les
avions.

Électricité et électronique : Les plastiques améliorent les performances de ce

secteur grâce à la réduction du poids, la miniaturisation, l’isolation électrique et
thermique. Leurs propriétés de solidité, de flexibilité et de facilité de moulage en
font des matériaux très présents dans de nombreux équipements électriques et
électroniques.
Agriculture : L’utilisation des plastiques dans l’agriculture permet d’accroître
les rendements, d’obtenir des récoltes plus précoces, de réduire la dépendance
aux herbicides et pesticides, tout en assurant une meilleure protection et
conservation des produits alimentaires. Par exemple, dans les régions arides, les
systèmes de drainage en plastique peuvent diviser les coûts d’irrigation par deux
ou trois, tout en doublant les rendements. Plastiques dans les soins de santé et les
équipements sportifs Les plastiques sont devenus incontournables dans de
nombreux domaines, notamment dans les soins de santé et le sport.

Secteur médical : Les soins médicaux modernes reposent largement sur

l’utilisation de produits en plastique, tels que les seringues jetables, les poches
de sang, les valves cardiaques et les appareils orthopédiques/prothèses. De plus,
certains comprimés médicamenteux sont enveloppés dans des polymères qui se
dégradent progressivement pour libérer le médicament de manière contrôlée.

Équipements sportifs : Les plastiques ont révolutionné les équipements

sportifs, les rendant plus performants et techniques que jamais. Par exemple :

· Les ballons de football sont désormais résistants à l’eau et à l’abrasion,

avec des trajectoires plus prévisibles.
· Les chaussures de sport sont légères et résistantes.
· Les raquettes de tennis sont plus solides, légères et puissantes, avec une
meilleure absorption des chocs.
· Les équipements nautiques en plastiques composites sont légers et très
résistants pour la coque, les structures et les mâts des navires, planches à
voile et de surf.
· Les équipements de ski ont également été améliorés grâce aux plastiques.

I. 2.7. Déchets plastiques

Les déchets plastiques proviennent de diverses sources, à savoir les résidus

générés lors des processus de production, de transformation et de consommation
des produits en plastique. Cela se traduit par différents types de déchets
plastiques :

Ø Déchets plastiques industriels ;

Ø Les déchets plastiques de post-consommation.