Polyoléfines et plastiques agricoles, les polymères

Polyoléfines et plastiques agricoles : Les films plastiques utilisés en agriculture sont composés de polyoléfines auxquelles sont ajoutés des additifs en très faible quantité.

Les monomères à l’origine des polyoléfines sont obtenus à partir de pétrole ou de gaz naturel

Les monomères à l’origine des polyoléfines sont obtenus à partir de pétrole ou de gaz naturel

Polyoléfines et plastiques agricoles

La notion de polyoléfines

Polyoléfines et plastiques agricoles : dans leur très grande majorité, les films plastiques agricoles appartiennent à la famille chimique des polyoléfines. C’est le nom générique d’une famille de molécules dont les  principaux représentants sont le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP)

Polyoléfines et plastiques agricoles : schéma de la double liaison entre deux atomes de carbone

Schéma de la double liaison entre deux atomes de carbone.

Une oléfine, ou alcène, est une molécule organique caractérisée par la présence d’au moins une double liaison entre 2 atomes de carbone.
Sous l’action de facteurs physiques (chaleur, pression) et chimiques (catalyseurs), les molécules de base, appelées aussi monomères, se raccrochent entre elles par l’ouverture de la double liaison Carbone pour ne former qu’une seule macromolécule, ou polymère. On peut l’illustrer par l’image d’une chaîne de trombones liés entre eux.

Polyoléfines et plastiques agricoles : modélisation en 3D du Polyéthylène

Modélisation en 3D du Polyéthylène (par NEUROtiker)

Polyoléfines et plastiques agricoles : les macromolécules composant les films plastiques résultent donc de la polymérisation de molécules de type oléfines.

Si le polymère est fabriqué à partir d’un seul type de monomère, on parle d’homo-polymérisation.
Polyoléfines et plastiques agricoles : dans les films agricoles, la principale molécule utilisée est le polyéthylène (abréviation PE). Toutefois, pour certaines applications (filets, paillages drainants, bâches de culture) on emploie un autre polymère : le polypropylène.
Si le polymère est fabriqué à partir de monomères différents, on parle alors de copolymère ; c’est le cas de l’EVA (Ethylene –Vinyl Acetate) utilisé dans certains films agricoles.

Polyoléfines et plastiques agricoles : polyéthylène après polymérisation de l' éthylène

Structure du polymère polyéthylène après polymérisation de l’ éthylène

Polyoléfines et plastiques agricoles structure du polymère polypropylène après polymérisation du propylène

Structure du polymère polypropylène après polymérisation du propylène

Origine des polyoléfines

Les monomères à l’origine des polyoléfines sont obtenus à partir de pétrole ou de gaz naturel
A partir du pétrole :
Le pétrole brut est un mélange de très nombreuses molécules d’hydrocarbures qui seront séparées par raffinage.
Les différentes étapes sont :
• la distillation fractionnée (chauffage et condensation) qui permet d’isoler une partie appelée naphta : gaz  et produits, dont le point d’ébullition se situe aux alentours de 180 °C
• le vapocraquage de la fraction la plus lourde du naphta : les molécules d’hydrocarbures sont  cassées par pyrolyse, se scindent en plusieurs morceaux et produisent  des molécules plus légères qui seront séparées après plusieurs distillations.
Parmi ces molécules, l’éthylène et le propylène sont les monomères de base les plus nombreux.
A partir de gaz naturel :
Le gaz naturel extrait du sous-sol contient  des molécules d’éthane.
Les différentes étapes sont :
• la séparation des molécules d’éthane du reste du gaz naturel par refroidissement à – 100 °C, température à laquelle l’éthane se condense. Il sera donc facilement isolé.
• La transformation de l’éthane en éthylène lors d’une réaction chimique dite de craquage : on chauffe l’éthane à haute température 850 °C ; ce qui entraîne des chocs entre molécules et provoque la fabrication d’éthylène et d’hydrogène.
• Séparation de l’éthylène et de l’hydrogène.

Cas du polyéthylène : polymérisation de l’éthylène et transformation en granules.

La réaction de polymérisation de l’éthylène permet le passage de l’état gazeux à l’état solide (poudre) par création de longues chaînes de polyéthylène.
Cette poudre est ensuite transformée au sein d’une extrudeuse : la poudre y est fondue, malaxée puis hachée pour lui donner la forme de petites granules qui seront livrées aux transformateurs.

Polyoléfines et plastiques agricoles : granules de plolyéthylène

Granules de plolyéthylène

Le polyéthylène est un polymère thermoplastique, translucide, chimiquement inerte. Facile à manier, il réagit bien au froid et résiste mieux aux oxydants forts que le polypropylène.

Selon le nombre et la longueur des ramifications présentes sur les chaînes moléculaires on distingue :

  • Le polyéthylène basse densité : PE-BD ou LDPE (low density PE)
  • Le polyéthylène moyenne densité : PE-MD ou MDPE (medium density PE)
  • Le polyéthylène haute densité : PE-HD ou HDPE (high density PE)

Les films plastiques agricoles en polyéthylène sont à base de PE basse densité (PE-BD). Il existe plusieurs types de PE –BD utilisés dans les films agricoles et distincts par la complexité des chaînes moléculaires :

  • le polyéthylène basse densité radicalaire (LDPE) PE-BDR
  • le polyéthylène basse densité linéaire (LLDPE) PE-BDL
  • le polyéthylène à très basse densité (VLDPE)   PE-TBD,

Les LLDPE et VLDPE sont en fait des copolymères  d’éthylène et d’une autre molécule d’alpha-oléfine  présente majoritairement (butène, hexène ou octène).
Le polyéthylène est de très loin le polymère le plus répandu dans les films plastiques agricoles.

Le polyéthylène biosourcé appelé aussi polyéthylène « vert »

Le polyéthylène peut aussi être obtenu à partir d’éthylène obtenu par déshydratation d’éthanol  végétal, issu de la fermentation de sucre extrait de la canne à sucre : c’est pourquoi on parle alors de polyéthylène vert. Issu d’une ressource renouvelable, il sera de plus en plus intéressant dans un contexte de raréfaction des ressources fossiles.
À ce jour l’essentiel du polyéthylène vert est produit au Brésil à partir de la canne à sucre.
Ses caractéristiques sont totalement identiques à celles du polyéthylène obtenu à partir de la chimie du pétrole ou du gaz naturel mais à ce jour, son utilisation reste confidentielle en raison de sa disponibilité encore faible et de son prix de vente élevé.

 Le polypropylène

Le polypropylène est obtenu par polymérisation de monomères propène (anciennement appelé propylène  (CH2=CH-CH3)
Le propène est un des dérivés de la production d’éthylène.
Il est utilisé dans la fabrication des paillages tissés, des voiles non tissés, de la ficelle et du filet de liage.

Autres polymères

Les additifs

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