Polyéthylène

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Polyéthylène
Polyéthylène
Polyéthylène
Identification
Nom UICPA poly(méthylène)
Synonymes

polyéthène,
homopolymère d'éthylène,
PE

No CAS 9002-88-4
No E E914 (cire de PE oxydée)
SMILES
Apparence solide de forme variable blanc[1]
Propriétés chimiques
Formule brute (C2H4)n
Propriétés physiques
transition vitreuse ~ −110 °C
(transition γ)
fusion 85 à 140 °C[1]
Paramètre de solubilité δ 16,2 MPa1/2[2]
Masse volumique 0,910,96 g·cm-3 [1]
d'auto-inflammation 330 à 410 °C[1]
Point d’éclair 341 °C[1]
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 2,3 (1 kHz, 23 °C)[3]
Précautions
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[4]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le polyéthylène (sigle générique PE)[5], ou polyéthène, est un des polymères les plus simples et les moins chers. Il appartient à la famille des polyoléfines.

C'est un important polymère de synthèse, avec le PP, le PVC et le PS. Sa production mondiale était estimée à 80 millions de tonnes en 2008[6].

Sa température de transition vitreuse est très basse (voisine de −110 °C) et son point de fusion peut selon les grades atteindre 140 °C, mais sa résistance mécanique fléchit nettement dès 75 à 90 °C. Contrairement au polypropylène, la température d'utilisation ne peut excéder le point d'ébullition de l'eau. Sa nature paraffinique explique sa grande inertie chimique.

Il existe différents types de polyéthylène (dont les homopolymères LDPE et HDPE) et des copolymères (LLDPE, plastomères, par exemple).

Production[modifier | modifier le code]

Polymérisation de l'éthylène.svg

Son nom vient du fait qu'il est obtenu par polymérisation des monomères d'éthylène (CH2=CH2) en une structure complexe de formule générique -(CH2-CH2)n-. Le polyéthylène est la seule polyoléfine qui puisse être préparée par voie radicalaire.

Le polyéthylène est surtout issu de la pétrochimie. En juin 2007, la compagnie brésilienne Braskem a annoncé la certification d'un polyéthylène vert, polymérisé à partir d'éthylène issu d'éthanol lui-même obtenu par fermentation de canne à sucre.

Classification[modifier | modifier le code]

Les polyéthylènes peuvent être :

  • linéaires ou branchés (ou ramifiés), classés selon :
    • leur densité qui dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires :
Nom Sigle en français Sigle en anglais Abréviation selon la norme EN ISO 1043-1 Synthèse[7] Branchements Masse volumique (g/cm3)
Polyéthylène à très basse densité PE-TBD VLDPE, very low density polyethylene PE-VLD Catalyse de Ziegler-Natta à basse pression (< 10 bar) et par catalyse métallocènes (mPE-TBD)
Polyéthylène à basse densité linéaire PE-BDL LLDPE, linear low-density polyethylene PE-LLD Copolymérisation avec des oléfines par catalyse Ziegler-Natta à basse pression (< 10 bar) Courts
Polyéthylène basse densité PE-BD LDPE, low-density polyethylene PE-LD Polymérisation radicalaire sous très haute pression Longs et courts irrégulièrement distribués 0,910 - 0,925[8]
Polyéthylène moyenne densité PE-MD MDPE, medium-density polyethylene PE-MD Catalyse Phillips (en) 0,926 - 0,940[9]
Polyéthylène haute densité PE-HD HDPE, high-density polyethylene PE-HD Catalyse Ziegler-Natta et par catalyse métallocène (mPE-HD) 0,941 - 0,965[8]
    • leur masse molaire :
      • polyéthylène à masse molaire très basse (ULMWPE ou PE-WAX, ultra low molecular weight polyethylene) ;
      • polyéthylène à masse molaire élevée (HMWPE, high molecular weight polyethylene) ;
      • PE-UHPM, polyéthylène de masse molaire très élevée (UHMWPE, ultra-high-molecular-weight polyethylene ou PE-UHMW selon la norme EN ISO 1043-1) ;
  • réticulés : PE-R, polyéthylène réticulé (PEX ou XLPE, cross-linked polyethylene). Presque tous les PEX sont faits à partir de polyéthylène à haute densité (HDPE) :
    • PE-RHD, polyéthylène réticulé à haute densité (HDXLPE, high density cross-linked polyethylene).

Le polyéthylène basse densité a été inventé en 1933 par les ingénieurs anglais E.W. Fawcett et R.O. Gibson. Le polyéthylène haute densité a été synthétisé en 1953 par le chimiste allemand Karl Ziegler et son équipe. Le polyéthylène à basse densité linéaire a été inventé pour remplacer le PE-BD en 1979.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Granulés de copolymère LLDPE.

Le polyéthylène est un polymère thermoplastique, translucide, chimiquement inerte (il est plus résistant aux oxydants forts que le polypropylène), facile à manier et résistant au froid.

Les trois principales familles de PE sont le HDPE (PE haute densité), le LDPE (PE basse densité) et le LLDPE (PE à basse densité linéaire)[10].
Le LDPE est plus ramifié que le HDPE, ce qui signifie que les chaînes s'assemblent moins bien entre elles. Les forces intermoléculaires de type van der Waals sont donc plus faibles. Il en résulte un taux de cristallinité moindre[11], une plus faible densité, une malléabilité et une résistance aux chocs plus élevées. En revanche, le HDPE est plus rigide.

Utilisation[modifier | modifier le code]

code résine du polyéthylène de haute densité code résine du polyéthylène de basse densité

Polyéthylène LDPE et HDPE mis en forme : film et objets moulés (la boîte est en polypropylène, PP).

Le polyéthylène est un polymère de synthèse très employé. Il compose notamment la moitié des emballages plastiques (films à usage alimentaire, agricole, etc.).

L'utilisation la plus visible du polyéthylène sont les sacs plastiques.

  • Lorsque le sac se froisse facilement sous la main, avec un bruit craquant, un touché « mécanique », et revient plus ou moins spontanément à sa forme d'origine, il s'agit du HDPE (PE haute densité).
  • Lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit, se perce facilement avec le doigt, il s'agit du LDPE (PE basse densité).

Les principales applications du HDPE sont des produits rigides : flacons (détergents, cosmétiquesetc.), bouteilles, boîtes type Tupperware, jerricans, réservoirs de carburant d'automobiles, etc.

Les principales applications du LDPE sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelles, récipients souples (ketchup, crèmes hydratantesetc.), etc.

Le polyéthylène réticulé (PER) montre une meilleure tenue thermique que le PE. Pour la fabrication de gaines de câbles, la réticulation se fait en général après extrusion.

Le polyéthylène de masse molaire très élevée, tel le Dyneema, est utilisé pour ses hautes performances (un rapport résistance/masse 40 % supérieur à celui des aramides (Kevlar)). On le trouve dans les équipements sportifs (ski, snowboard, surf, cerfs-volants, etc.), le matériel de protection, notamment balistique (gilets pare-balles) ou moto (tenues à haute résistance à l'abrasion), les implants chirurgicaux, les plaques pour remplacer la glace des patinoires, etc. Son coût est très supérieur à celui des autres polyéthylènes.

Le polyéthylène est également un additif alimentaire (cire de polyéthylène oxydée E914).

Remarque : le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) est un polyester saturé utilisé pour la fabrication de fibres textiles, de bouteilles pour boissons, d'emballages, etc.

Commerce[modifier | modifier le code]

En 2014, la France est nettement importatrice de polyéthylène, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 1 100 €[12].

Biodégradabilité, durabilité[modifier | modifier le code]

Ce plastique a longtemps été considéré comme très stable et non-biodégradable. Cependant, des indices et preuve de biodégradabilité ont été récemment publiés (2014), au moins par deux souches de bactéries, et par ces dernières quand elles sont présentes dans l'intestin de la larve d'une mite alimentaire (Plodia interpunctella)[13]. Seuls de très fins films de polyéthylène semblent à ce jour concernés[13]. Les souches bactériennes (isolées à partir de l'intestin de larves de mites) sont Enterobacter asburiae YT1 et Bacillus sp. YP1.

En incubant des films fins de PE durant 28 jours, des biofilms constitués par ces bactéries viables se sont formés. Ils ont réduit le caractère hydrophobe des films plastiques en les rendant poreux[13]. Des traces de puits et cavités (0,3 à 0,4 μm de profondeur) ont été observées en microscopie électronique à balayage et microscopie à force atomique à la surface de ces films de polyéthylène, et une formation de groupes carbonyle a été vérifiée[13].

Des cultures en suspension des deux souches bactériennes YT1 et YP1 (108 cellules/ml) ont dégradé à hauteur d'environ 6,1 ± 0,3 % et de 10,7 ± 0,2 % des films PE (100 mg), respectivement pour une période d'incubation de 60 jours[13].

Les poids moléculaires des films PE résiduels étaient plus faibles, et 12 sous-produits de dégradation (solubles dans l'eau) ont aussi été détectés. Les auteurs jugent leurs résultats comme prometteurs pour la biodégradation du PE dans l'environnement[13].

Remarque : la larve d'un coléoptère (ténébrion meunier ou Tenebrio molitor Linnaeus) se montre également capable de dégrader certaines formes de polystyrène expansé[14].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e POLYETHYLENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, , 2e éd., 1076 p. (ISBN 0387690026, lire en ligne), p. 294
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, , 90e éd., 2804 p., relié (ISBN 978-1-4200-9084-0)
  4. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme », sur monographs.iarc.fr, CIRC,‎ (consulté le 17 mai 2010)
  5. Nom et abréviation selon la norme EN ISO 1043-1, Plastiques - Symboles et termes abrégés - Partie 1 : polymères de base et leurs caractéristiques spéciales
  6. (en) Otto G. Piringer et Albert Lawrence Baner, Plastic packaging: interactions with food and pharmaceuticals, Wiley-VCH, , 2e éd. (ISBN 978-3-527-31455-3, lire en ligne).
  7. Marc Carrega, « Aide-mémoire - Matières plastiques », coll. « Aide-Mémoire », Dunod/L'Usine nouvelle, 2009, 2e éd., 256 p.
  8. a et b (en) J.G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, New York, McGraw-Hill, , 16e éd., 1623 p. (ISBN 978-0-07-143220-7, LCCN 84643191), p. 2.807 et 2.762
  9. (en) « Polyethylene », sur plasticmoulding.ca (consulté le 8 juillet 2015)
  10. (en) Charles E. Wilkes, James W. Summers et Charles Anthony Daniels, PVC Handbook, Munich, Hanser Verlag, (ISBN 1-56990-379-4, lire en ligne), p. 14
  11. La cristallinité est plus élevée pour le second (80-90 % contre 50-70 %) car les ramifications, courtes ou longues, y sont moins fréquentes que dans le premier.
  12. « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=39012010 (consulté le 7 août 2015)
  13. a, b, c, d, e et f (en) Jun Yang et al., Evidence of Polyethylene Biodegradation by Bacterial Strains from the Guts of Plastic-Eating Waxworms, Environ. Sci. Technol., 2014, 48 (23), p. 13776–13784, DOI:10.1021/es504038a, mis en ligne le 19 novembre 2014.
  14. (en) Yu Yang, Jun Yang, Wei-Min Wu, Jiao Zhao, Yiling Song, Longcheng Gao, Ruifu Yang et Lei Jiang, Biodegradation and Mineralization of Polystyrene by Plastic-Eating Mealworms: Part 1. Chemical and Physical Characterization and Isotopic Tests, Environ. Sci. Technol., 2015, 49 (20), 12080-12086

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]