Les cycles de vie des matériauxCours

Il est admis qu'il faudrait une Terre et demie pour subvenir aux besoins annuels de la population humaine à travers le monde. De plus, la quantité de déchets produits mondialement dépasse les trois milliards de tonnes par an. Il est donc devenu indispensable d'économiser nos ressources et de limiter la production de déchets. La connaissance des différents cycles de vie des matériaux, de la production à l'élimination, est alors essentielle afin de trouver de nouvelles solutions.

I

La vie des plastiques

A

L'obtention

Les matières plastiques sont des matériaux obtenus par synthèse.

Matière plastique

La matière plastique est un matériau constitué d'une base organique appelée polymère, et de certains additifs, qui peut être moulé et façonné.

Le polychlorure de vinyle (PVC) est un exemple de plastique.
La base du PVC est le polymère constitué d'une chaîne de chlorure de vinyle (ou chloroéthylène) de formule :

\left[\ce{-CH2}\ce{-CHCl}\ce{-}\right]_{n}

Les matières premières des polymères sont majoritairement les combustibles fossiles comme le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Elles peuvent cependant être naturelles comme le caoutchouc naturel issu de la sève d'un arbre.

B

L'usure

Les matières plastiques subissent une altération lente et irréversible de leurs propriétés initiales due à des modifications de leurs structures ou de leurs compositions.
Les groupements fonctionnels qui se trouvent dans le polymère peuvent se transformer et les chaînes peuvent se désorganiser.

Les groupements esters présents dans un polymère peuvent subir une hydrolyse et se transformer en un groupe alcool et un groupe acide :

\ce{R-CO}\ce{-O}\ce{-R'} + H_2O \ce{->}\ce{R-CO}\ce{-OH}+\ce{OH-R'}

C

La fin de vie

Les plastiques sont des matériaux organiques au temps de vie très long. Si certains se dégradent en quelques mois, il faut plusieurs siècles pour la majorité d'entre eux.

Un sac plastique de supermarché met 500 ans pour se dégrader et une bouteille en plastique peut mettre jusqu'à 1000 ans.

Il est impératif pour la préservation de l'environnement de traiter la fin de vie de ces matériaux. Il existe deux voies différentes en fonction du plastique :

  • Le recyclage : le plastique est fondu pour être remodelé et réutilisé.
  • L'élimination avec valorisation : les plastiques ne pouvant être recyclés sont incinérés. L'élimination est valorisée par la production d'énergie issue de l'incinération.
II

La vie des métaux

A

L'obtention

Métal

Historiquement, les métaux sont définis comme étant les matériaux obtenus à partir de l'extraction de minerais.
De manière moderne, un métal est un matériau pour lequel les atomes le constituant sont liés par une liaison spécifique appelée liaison métallique.

L'aluminium est extrait à partir d'un minerai appelé alumine de formule chimique \ce{Al2O3}.

Les métaux sont naturellement présents dans la croûte terrestre et ne peuvent être synthétisés comme les plastiques.

L'obtention d'un métal à partir d'un minerai constitue le domaine de la métallurgie. Il existe deux méthodes pour traiter les minerais :

  • La pyrométallurgie : les minerais sont traités par voie sèche (sans eau).
  • L'hydrométallurgie : les minéraux sont traités par voie humide (en présence d'eau).

Le principe de l'extraction est le même pour les deux méthodes :

-
B

L'usure et la protection

L'une des principales causes d'usure des métaux est la corrosion.

Corrosion

La corrosion est la dégradation causée par réaction électrochimique avec un oxydant.

Dans le cas des métaux, l'oxydant est l'oxygène sous différentes formes (gazeuse, dissoute dans l'eau...). L'environnement du métal influe énormément sur ce phénomène qui dépend du pH.

Le fer s'oxyde au contact de l'air qui contient du dioxygène pour former des oxydes de fer. La rouille est l'oxyde de fer de formule \ce{Fe2O3}.

Pour que les métaux aient une durée de vie suffisamment importante pour un usage pratique, il est nécessaire de les protéger de cette corrosion.

Il existe deux façons de procéder :

  • L'isolation de la pièce : le métal est recouvert d'une couche de vernis protégeant sa surface du contact avec l'air.
  • La protection cathodique : le potentiel électrique du métal à protéger est abaissé en le mettant en contact d'un deuxième métal plus réducteur. C'est le second métal qui va s'oxyder et donc protéger le premier.
C

La fin de vie

Les métaux sont des espèces chimiques très toxiques pour l'environnement. Il est obligatoire de procéder au recyclage des métaux.
Le recyclage consiste à trier, broyer puis fondre les déchets métalliques afin de les réutiliser. De nombreux produits métalliques peuvent ainsi être revalorisés.

III

Le cycle de vie des matériaux

-

Questions fréquentes

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