Polymère

Définition

Un polymère est une molécule constituée d'une chaîne de molécules semblables et répétitives, appelées monomères. Les matériaux ont des propriétés uniques, en fonction du type de molécules liées et de la manière dont elles sont liées. Certains polymères se plient et s'étirent, comme le caoutchouc et le polyester. D'autres sont durs et résistants, comme les époxydes et le verre.

Le polystyrène est un polymère :

Le polystyrène est un polymère formé à partir de l'unité récurrente connue sous le nom de styrène.

Explications

Qu'est-ce qu'un polymère et de quoi est-il fait ? Les polymères sont des matériaux constitués de longues chaînes répétitives de molécules. Les matériaux ont des propriétés uniques, selon le type de molécules liées et la manière dont elles sont liées. Certains polymères se plient et s'étirent, comme le caoutchouc et le polyester. D'autres sont durs et résistants, comme les époxydes et le verre.

Les polymères naturels sont présents dans la nature et peuvent être extraits. Ils sont souvent à base d'eau. Des exemples de polymères naturels sont la soie, la laine, l'ADN, la cellulose et les protéines. Dans les polymères en réseau, il y a le caoutchouc vulcanisé et la pectine.

Généralités et caractéristiques

Le polymère est une macromolécule résultant de l'assemblage de nombreux motifs identiques, un composé chimique avec des unités structurelles répétitives.

L'amidon, la cellulose, la soie et l'ADN sont des exemples de polymères naturels, et le nylon, le polyéthylène et la bakélite sont des polymères synthétiques qui résultent d'une polymérisation. Le glucose C₆H₁₂O₆ est un composé polymérique du formaldéhyde HCHO.

Un polymère est donc une macromolécule de grande taille formée par l'assemblage d'un grand nombre de molécules identiques. On peut citer en exemples : le polystyrène, le polyéthylène téréphtalate (PET), etc. Certains polymères sont hydrosolubles quand d'autres sont hydrophiles et d'autres encore sont liposolubles. Les polymères ont des poids moléculaires élevés.

Autrement dit, les polymères sont des macromolécules (généralement organiques) formées en joignant par covalence une ou plusieurs unités individuelles appelées monomères. Ils forment de longues chaînes qui sont reliés entre eux par des forces de van der Waals, les liaisons hydrogène ou des interactions hydrophobes.

Polymères naturels

Les polymères naturels (ou les biopolymères) sont la base de certains des premiers matériaux utilisés par l'homme : fibres de bois et de végétaux, cuir, tendons d'animaux, laine, soie et cellulose, etc. Ils ont été utilisés abondamment et ont été très importants à travers l'histoire. Il a, toutefois, fallu beaucoup de temps pour connaître leur composition et la façon de les synthétiser artificiellement.

La notion de macromolécule est apparue tard dans l'histoire de la chimie. Bien que préfigurées par Wilhelm Eduard Weber et même par Henri Braconnot au début du 19^ème siècle, de nombreux chercheurs les ont considérées comme des agrégats ou des micelles. Le terme "polymère" a été utilisé pour la première fois en 1866 par Marcellin Berthelot.

Il existe de nombreux polymères dans la nature et les biomolécules qui composent les êtres vivants sont des macromolécules polymériques. Par exemple, les protéines, les acides nucléiques, les polysaccharides (tels que la cellulose et la chitine), le caoutchouc naturel ou le latex, la lignine, etc.

Polymères synthétiques

Les premiers polymères synthétiques obtenus à partir de la modification des polymères naturels ont commencé à apparaître au milieu du 19^ème siècle afin d'améliorer leurs propriétés physiques afin de pouvoir les utiliser. En 1839, Charles Goodyear a modifié le caoutchouc en le chauffant avec du soufre, car il était cassant à basse température et collant à haute température. Le caoutchouc est devenu un caoutchouc vulcanisé, une substance résistante à une large gamme de températures.

Le nitrate de cellulose a été accidentellement synthétisé en 1846 par le chimiste Christian Friedrich Schönbein et en 1868, John W. Hyatt a synthétisé le celluloïde à partir de nitrate de cellulose. Un autre développement qui a contribué au développement continu des polymères a été la modification de la cellulose qui a permis l'émergence des fibres synthétiques appelées nylons.

Le chimiste belge Leo Hendrik Baekeland développa en 1907 le premier polymère entièrement synthétique, la bakélite, un matériau très durable issu de matériaux peu coûteux tels que le phénol et le formaldéhyde. D'autres polymères importants ont été synthétisés dans les années suivantes, par exemple le polystyrène en 1911 ou le polychlorure de vinyle (PVC) en 1912.

L'idée de macromolécules a été soutenue et développée des années plus tard par Wallace Carothers, qui a travaillé chez DuPont dès 1928 et a établi un grand nombre de nouveaux polymères : polyesters, polyamides, néoprène, etc.

Le développement industriel ultérieur de la science macromoléculaire a été accéléré par la Seconde Guerre mondiale. Les États-Unis ont été privés lors de la guerre de leur approvisionnement en caoutchouc naturel d'Asie du Sud-Est. C'est pourquoi ils ont mis en place un vaste programme de recherche pour trouver du caoutchouc synthétique.

Note : Les polymères semi-synthétiques sont obtenus par transformation de polymères naturels; par exemple, la nitrocellulose, le caoutchouc vulcanisé, etc.

Voir aussi les élastomères, les polyamides, les polyuréthanes, les thermoplastiques et les copolymères.

Polymérie en botanique

En botanique, la polymérie qualifie un verticille dont le nombre de pièces est supérieur à celui de la fleur en général.

En biologie, un pléiomère a plusieurs éléments-mères, composé de plusieurs parties-mères. Le terme est utilisé en botanique, synonyme de polymère, mais appliqué au monde végétal. La pléiomérie, la qualité d'une plante pléiomère, qualifie une augmentation considérable du nombre de pièces d'un verticille. On trouve la pléiomérie chez certaines Solanacées, par exemple chez la dangereuse stramoine officinale Datura stramonium.

Exemples de polymères

Les polymères peuvent être divisés en deux catégories. Les polymères naturels (également appelés biopolymères) comprennent la soie, le caoutchouc, la cellulose, la laine, l'ambre, la kératine, le collagène, l'amidon, l'ADN et la gomme laque. Les biopolymères remplissent des fonctions clés dans les organismes, agissant en tant que protéines structurales, protéines fonctionnelles, acides nucléiques, polysaccharides structuraux et molécules de stockage d'énergie.

Les polymères synthétiques sont préparés par réaction chimique, souvent en laboratoire. Des exemples de polymères synthétiques comprennent le PVC (polychlorure de vinyle), le polystyrène, le caoutchouc synthétique, le silicone, le polyéthylène, le néoprène et le nylon. Les polymères synthétiques sont utilisés pour fabriquer des plastiques, des adhésifs, des peintures, des pièces mécaniques et de nombreux objets courants.

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