Les polymères peuvent être classés selon différents critères : leur origine, leur domaine d’application, ou encore leurs propriétés thermomécaniques.
Quelle origine pour les polymères ?
Les polymères peuvent être d’origine naturelle, artificielle ou synthétique.
Les polymères naturels sont issus du végétal ou de l’animal : on peut citer par exemple la famille des polysaccharides (cellulose, amidon…) ; celle des protéines (polymères constitués d’un enchainement d’acides aminés) qui comprend par exemple la kératine (laine, cheveux, ongles) ; ou encore le caoutchouc naturel récolté par saignée de l’arbre hévéa et essentiellement utilisé dans l’industrie du pneumatique
Les polymères artificiels sont obtenus par modification chimique de polymères naturels, dans le but d’adapter certaines de leurs propriétés à un besoin spécifique. Par exemple, la nitrocellulose, qui est un ester de cellulose explosif dérivé de la cellulose, et utilisé dans des munitions.
Les polymères synthétiques sont les polymères créés par l’Homme. Ils sont obtenus par polymérisation de monomères, eux-mêmes généralement issus de l’industrie du pétrole. Ils sont souvent appelés « plastiques » bien que cela soit un abus de langage : la matière plastique est en réalité une formulation à base de polymère mais aussi d’additifs (plastifiant, colorant, charge,…).
Quelles applications pour les polymères ?
La variété des propriétés des différents polymères a multiplié leurs applications, on peut cependant proposer trois grandes catégories :
Les polymères de commodité, dont la production annuelle s’évalue en millions de tonnes, et qui sont omniprésents dans la vie quotidienne. On peut citer par exemple le polyéthylène, le polystyrène, ou le poly(chlorure de vinyle) (PVC). Ces polymères de commodité représentent une importance économique considérable.
Les polymères techniques, designés pour obtenir des propriétés mécaniques renforcées dans le but de remplacer les matériaux traditionnels tels que les métaux ou la céramique. Les polyamides ou les polyacétals en sont de bons exemples.
Les polymères de fonction, développés pour une application particulière, avec une fonction bien spécifique, par exemple les polymères sensible à une stimulation, telle qu’une stimulation électrique (polymères conducteurs), thermique (thermosensible) ou UV (photosensible).
Quelles propriétés thermomécaniques
Le plus souvent, c’est par leurs propriétés thermomécaniques que les polymères sont classés.
Les thermoplastiques sont malléables quand ils sont chauffés, puis durcissent lorsqu’ils reviennent à température ambiante. Une matière thermoplastique conserve toujours de manière réversible sa thermoplasticité initiale, à condition qu’elle ne soit pas dégradée thermiquement.
Les élastomères présentent d’excellentes propriétés élastiques et supportent ainsi d’importantes déformations réversibles.
Les thermodurcissables durcissent de façon irréversible, le plus souvent sous l’action de la chaleur en présence de réactifs. Le produit fini ainsi obtenu n’est plus transformable, ce qui limite notamment sa recyclabilité.
Quelques exemples de chacune des familles sont donnés ci-dessous, avec leurs applications les plus courantes.
Polyoléfines (polyéthylène PE, polypropylène PP), couramment utilisés notamment dans l’alimentaire, pour les emballages et bouteilles ;
Polyvinyliques, le plus connu étant le PVC (polychlorure de vinyle) utilisé pour la fabrication de tuyaux, fenêtres, ou revêtements de sol ;
Polystyréniques, utilisés par exemple pour les pots de yaourts, les emballages, ou les matériaux d’isolation ;
Polyacryliques, utilisés dans le bâtiment pour les vitrages (par exemple la marque Plexiglas®), ou dans l’ophtalmologie pour les verres de lunette ou les lentilles,
Polyamides, utilisés notamment pour l’industrie textile, par exemple le nylon ou le poly(p-phénylènetéréphtalamide) (PPD-T) plus connu sous le nom de Kevlar® ;
Polycarbonates, utilisés pour les vitrages de sécurité,
Polyfluoroéthènes, par exemple le PTFE utilisé dans les revêtements antiadhésifs (la marque bien connue Teflon®) ou les tuyaux.
Polyuréthanes, utilisés pour les mousses rigides (isolation des bâtiments) ou souples (assises de sièges et canapés par exemple), les peintures, ou les colles ;
Polyesters insaturés, utilisés dans la formulation de laques et de vernis ;
Phénoplastes et aminoplastes, utilisés comme adhésifs ou revêtements, par exemple la marque Formica® ;
Polyépoxydes, également trouvé dans les adhésifs et revêtements,
Polyimides, utilisés pour les circuits imprimés souples.
Caoutchoucs à base de polybutadiène, utilisé pour les pneumatiques, les joints ;
Caoutchoucs EPDM, souvent utilisé dans les joints d’étanchéité ;
Fluoroelastomères tels que FKM, FFKM et FEPM, utilisés pour les joints nécessitant une bonne résistance à la chaleur ;
Vinyliques tels que l’EVA, utilisé dans les colles « hot-melt » mais aussi dans l’encapsulation de cellules photo-voltaïques grâce à sa transparence.
On peut également citer les TPE, ou élastomère thermoplastique, qui présentent les caractéristiques des thermoplastiques (ramollissent et durcissent de manière réversible sous l’action de la chaleur) et des élastomères (propriétés élastiques). Ceux-ci peuvent être à base de polyuréthane, de styréniques ou de polyester.
Les polymères ne sont généralement pas utilisés seuls, mais très souvent en formulation avec des additifs tels que des charges minérales et organiques, des plastifiants, des stabilisants, des lubrifiants, des colorants, des ignifugeants,…
Chaque famille de polymère présente ses propres caractéristiques, qu’il est possible de classer en trois catégories :
Les propriétés mécaniques, qui expriment notamment la rigidité, la viscosité, la dureté, ou le fluage d’un matériau ;
Les propriétés physico-chimiques, qui sont les caractéristiques liées à la nature chimique du matériau, comme le pH, la structure chimique, les masses molaires, ou l’absorbance UV ;
Les propriétés thermiques, telles que les températures de fusion, de cristallisation, de transition vitreuse ou de dégradation.
