\documentclass[10pt,a4paper]{article}

\usepackage{agrphy}

\title{LC02 Polymères}
\date{\today}

\begin{document}

\titre{MONNET Benjamin}{}{}{}



\subsection*{Niveau : L3}



\subsection*{Commentaires du jury}




\subsection*{Bibliographie}
\begin{tabular}{@{\livre}p{0.48\linewidth} @{\ $\longrightarrow$ \ }p{0.48\linewidth}}
\textit{Physique-Chimie première STL et STI2D}, \textbf{Nathan}  & Manuel de lycée qui parle de polymères \\ 
\end{tabular}

\noindent
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}



\subsection*{Prérequis}
\begin{itemize}[label=\ding{226}]
 \item Formule topologique, semie développée, formule de Lewis
 \item Groupements caractéristiques
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}
\subsection*{Expériences}
	\begin{itemize}[label=\Coffeecup]
	\item  
	\end{itemize}
\end{minipage}



\tableofcontents
\pagebreak




\section*{Introduction}
On a déjà tous entendule mot "polymère". Il y en a de partout dans notre quotidien : bouteilles en plastiques, vêtements, ect... On va donc essayer de définir ce que c'est ainsi que leurs propriétés.

\manip{\textbf{Montrer différents polymères}

aspect, dureté, réaction à la chaleur (thermoplastique ou thermodurcissable). Ca a l'air complexe !
}

\section{Notion de polymère}
\subsection{Etude sur un exemple concret : le PE}
Le polyester (ou le PE) est le plastique le plus utilisé (32 \% de la production en 2015). C'est ce qui constitue les sacs de marché ou bien les bouteilles en plastique. Sa formule de Lewis est :

\begin{center}
\includegraphics[scale=1]{PE1.PNG}
\end{center}

Il s'agit donc d'un motif qui est répété un très grand nombre de fois. On appelle cela une \textbf{macromolécule} : c'est une molécule qui peut contenir plusieurs milliers d'atomes (de carbone). Cette macromolécule peut être réécrite beaucoup plus simplement :

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.3]{PE2.PNG}
\end{center}

On peut toute écrire la totalité de la macromolécule en répétant une petite molécule plusieurs fois. Il en est en fait de même pour le polystyrène par exemple :

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{PS1.PNG}
\end{center}

\transition{
Essayons de définir un polymère à partir de tout ça.
}

\subsection{Définitions}
\begin{itemize}
 \item \textbf{Polymère :} un polymère est une \textbf{macromolécule} constituée par la répétition d'un (ou plusieurs) motif(s) de base.
 \item \textbf{Matériau polymère :} Un matériau polymère est un matériau constitué d'un ensemble de polymères
 \item \textbf{Motif :} Le motif d'un polymère correspond à la brique de base qui est répétée un grand nombre de fois pour former les macromolécules qui constituent le polymère
 \item \textbf{Monomère :} Un monomère est une molécule qui, lorsque l'on en fait réagir un très grand nombre, donne un polèmère. \textbf{Il ne faut pas confondre avec le motif ! Le monomère du PE est :}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.6]{PE3.PNG}
\end{center}
 \item \textbf{Degré de polymérisation :} le degré de polymérisation correspond au nombre de motif dans un polymère. On peut donc le donner avec la formule suivant :
 \[
 DP= \frac{m_{polymère}}{m_{motif}}
 \]
 En pratique, le degré de polymérisation n'est pas le même pour tous les polymères formés lors d'une synthèse. On définit donc le \textbf{degré de polymérisation moyen :}
 \[
 DP_n= \frac{\Sigma i N_i}{\Sigma N_i}
 \]
\end{itemize}

\transition{Une question se pose alors : comment synthétiser un polymère ?}

\section{Synthèse de polymères}
La formation d'un polymère dépend des propriétés du monomère que l'on souhaite faire réagir. Nous allons donc distinguer deux types de synthèses dans cette leçon : la polyaddition et la polycondenstaion.
\subsection{Polyaddition}
\textbf{Polyaddition :} Une réaction de polyaddition correspond à la réaction d'un type de monomère avec lui-même par croissance linéaire de la chaîne carbonée par réorganisation des liaisons covalentes, sans création d'autres molécules.

Voici quelques exemples de polymères obtenus par polyaddition :

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.8]{plastiques.PNG}
\end{center}

\experience{Synthèse du polystyrène}{JFLM p111}{}{
Protocole "masse" :

Introduire 5 mL de styrène dans un tube à essai. Chauffer à 90C. Ajouter 200 mg d’AIBN (Azobisisobutyronitrile)
et attendre 30 min. Laisser refroidir jusqu’à température ambiante. Introduire 10mL de toluène et agitetr. Verser
doucement dans un bécher contenant 200 mL d’éthanol à 95 \%. Filtrer sous pression réduite. ne pas augmenter les
quantités

Protocole "émulsion" :

Introduire, dans un ballon tricol (100 mL) muni d’un réfigérant, 40 mL d’eau, 6 mL de styrène, 0.5 g d’agar-agar
et 1 g d’AIBN. Agiter doucement pendant 1 h à 90C. Filtrer sous pression réduite et rincer. Si on obtient une pâte
molle, laver à l’eau dans un mortier jusqu’à l’obtention d’une poudre blanche.
}

On a synthétisé un polymère expansé, c'est-à-dire avec de l'air piégé dans la structure.

\experience{CCM du polymère obtenu}{Drouin p83}{}{
Eluant : Cyclohexane/éther 8/2
}

\subsection{Polycondensation}
\textbf{Polycondensation :} Une réaction de polycondensation correspond à la réaction de molécules pardeux sites réactions de natures différentes créant une nouvelle liaison avec créaction de petites moélcules.

LA polymère obtenu a donc un motif qui se rapproche beaucoup moins d'un monomère que dans le cas précédent. Prenons l'exemple du nylon 6-10 :

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{Nylon.PNG}
\end{center}

On forme pendant cette réaction un polyamide.

\experience{Synthèse du nylon 6-10}{JFLM2 ou Nathan p183}{}{
\textbf{Matériel :}
\begin{itemize}
 \item 2 erlenmeyers de 50 mL
 \item 1 bécher de 250 mL pour le mélange
 \item 2 éprouvettes
\end{itemize}

\textbf{Produits :}
\begin{itemize}
 \item Soude solide (0.28g)
 \item Hexan-1-6diamine (0.8g)
 \item Chlorure de Sébacoyle (1.7 mL)
 \item Dichlorure
 \item Cyclohexane ou diclorométhane (20 mL)
\end{itemize}

Solution 1 : 1.7 mL de dichlorure dans 2
mL de dichlorolométhane

Solution 2 : 0.8 g d'hexan-1-6 diamide avec avec les 0.28g de soude dans 20mL d'eau distillée

On verse \textbf{lentement} la solution 2 dans le solution 1 en la faisant couler sur la paroi. Ensuite, on récupère avec une baguette de verre.

\textbf{Tout faire sous hotte}
}

\url{https://www.youtube.com/watch?v=RRnDGjzCzfs}  vidéo qui permet de montrer la synthèse du nylon et de l'expliquer.

\transition{Intéressons nous maintenant à leurs propriétés}

\section{Applications}
\subsection{Propriétés physiques}
\livre{Nathan p193}

On distingue deux types de liaisons :
\begin{itemize}
\item Les liaisons fortes (covalentes), d'énergie $\approx 100 kJ.mol^{-1}$
\item Les liaisons faibles tupe VdW ou hydrogène $\approx 1-10 kJ/mol$
\end{itemize}

Les chaines linéaires forment en générale des liaisons faibles entre elles. Néanmoins, pour des polymère 3D, on pour avoir des liaisons covalentes entre deux chaines ! Cela arrive lorsque le monomère est au moins trifonctionnel. On a alors des \textbf{réticulations} qui sont à l'origine des propriétés physiques du polymère. On ditingue deux types de structures mécaniques différentes :

\begin{itemize}
 \item Amorphe : désorganisé, enchevêté (comme un plat de spaghettis ou des cheveux bouclés). Dans ce cas là, le polymère est maléable
 \item \textbf{Semi-cristallin :} localement organisé et ordonné (cheveux lisses). Le polymère est alors rigide et cassant.
\end{itemize}

Quelques exemples :
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.7]{plastiques2.PNG}
\end{center}

\transition{
On en entend énormément parlé en ce moment et c'est un enjeux majeur : le plastique pollue.
}

\subsection{Aspects environnementaux}
Tout d'abord, la création de polymères coûte énormément en énergie : pour 1 kg de PET, il faut 2kg de pétrole ! 80 \% des plastiques (les thermoplastiques) sont recyclable. Cycle de vie d'une bouteille en PET :

\begin{center}
\includegraphics[scale=1]{cycle.PNG}
\end{center}

Néanmoins, il existe aussi des polymères biodégradables !

\experience{Dégradation d'un film plastique biodégradable dans l'eau}{Jeulin}{}{
En préparation, faire le film biodégradable . Pour cela, il faut utiliser le kit JEULIN.

Le chauffage et les acides permettent de désorganiser la structure de l'amidon et de favoriser la ramification. Le glycérol roue le rôle de plastifiant.

On peut ensuite introduire devant le jury un bout de ce polymère dans un bécher rempli d'eau chaude et il sera parti d'ici quelques minutes (donc penser à revenir dessus).
}

\section*{Conclusion}
Des chiffres !

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{production.PNG}
\end{center}

Représente 20\% de la consommation mondiale de pétrole.

"Une étude récente de la Banque mondiale estime que sur 2 milliards de tonnes de déchets produits dans le monde en 2016 (un chiffre qui ne comptabilise que les déchets ménagers), 242 millions de tonnes sont des plastiques, 57 millions de tonnes provenant d’Asie, 45 millions de tonnes d’Europe au sens le plus large et 35 millions de tonnes d’Amérique du Nord. Ramené à la production mondiale de 336 millions de tonnes, cela veut dire que l’équivalent de 70 \% serait rejeté chaque année."

\url{https://theconversation.com/comment-le-monde-sest-plastifie-115991}

\section*{Questions}
\begin{itemize}
 \item Est-ce qu'il y d'autres façons de recycler les polymères que de les fondre et les remodeler ? \textit{La dépolymérisation. On essaie de réobtenir les monomères à partir du polymère. Beaucoup de travaux là dessus en ce moment.}
 \item C'est quoi le problème des polymères biosourcés ? \textit{Beaucoup d'énergie + de l'espace : compétition agriculture alimentaire et agriculture pour ce genre de choses.}
 \item Valeur république : "la chimie c'est le mal incarné ça tue tout et tout le monde". Tu répondrais quoi à ce genre de débat ?
\end{itemize}

\textbf{Quelle est la différence entre motif et monomère ?}

\bigbreak
\textbf{Quelle est la propriété intéressante du Teflon ?}

\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce qui se passe quand on brûle du PVC?}

\bigbreak
\textbf{Suite à des imprécisions dans l’exposé : le nom du polymère est-il systématiquement « poly » suivi du nom du monomère ? Peut-on envisager une polycondensation avec un seul monomère ?}

\bigbreak
\textbf{Suite à la description du recyclage des bouteilles : qu’est-ce que le PET ? }
C’est du polyéthylène téréphtalate. Attention, c’est un polyester. Le nom francisé est piègeux ! Il est formé par polycondensation.
\bigbreak
\textbf{Exemple de composition pour des objets de la vie courante ?}

\bigbreak
\textbf{Suite à la synthèse du « bioplastique » : qu’est-ce que l’amidon ? Autres polymères naturels ?}
Amidon: polymère. Caoutchouc, cellulose
\bigbreak
\textbf{Et la Maïzena ?}
C’est de l’amidon de maïs (de la fécule de maïs). Attention Maïzena c’est une marque, mieux
vaut utiliser le terme générique.
\bigbreak
\textbf{Du coup la réaction amidon + glycérol, c’est quoi ?}
Bah c’est pas une polymérisation puisqu’on part d’un
polymère ; c’est une condensation.
\bigbreak
\textbf{Le squelette des polymères est-il toujours carboné ? (voir polysilanes, silicones)}

\bigbreak
\textbf{Suite à un exposé succinct de la polyaddition : proposer un mécanisme en chaîne détaillé.}

\bigbreak
\textbf{Ordre des étapes dans la fabrication d’un objet en thermoplastique ou thermodurcissable ? (mise en forme après ou avant chauffage) }
À l’inverse des thermoplastiques qui prennent leur forme
en refroidissant, il faut d’abord les mettre en forme puis les chauffer.
\bigbreak
\textbf{Y a-t-il d’autres composés que les polymères dans les « matières plastique » ? }
Oui : reste de monomère, de solvant, additifs divers (plastifiants, colorants, fongicides…). Ca fait pas mal de molécules sympathiques susceptibles de dégazer ou de migrer dans l’environnement… A ce sujet, ne jamais avoir entendu parler de « phtalates » ou de bisphénol peut être considéré comme un manque de culture.
\bigbreak
\textbf{À quelle catégorie de polymères appartient le nylon ?}
C’est un copolymère, puisque formé à partir de plusieurs
monomères, et particulièrement un polyamide.
\bigbreak
\textbf{Quel type de polymères peut-on utiliser pour les matières textiles ?}
Les polyesters et polyamide linéaires, pas
ramifiés. Ils doivent être étirables, malléables, et faire des fibres. Pas le PET en gros.
\bigbreak
\textbf{Exemple de polymérisation en chaîne ?}
Amorçage par HOOH pour former deux radicaux, puis les électrons
célibataires vont réagir avec ceux de la double liaison carbone en laissant un -OH en bout de chaîne. On peut
faire une terminaison en liant deux radicaux ensemble.
\bigbreak
\textbf{Pourquoi le motif du polyéthylène contient 2 C?}
Le motif pourrait n’en contenir un seul. C’est pour mettre en
évidence le monomère dont il est issu. On ne peut pas avoir un nombre impair de carbones dans la chaîne, le
motif avec 1 C sera forcément répété 2n fois.
\bigbreak
\textbf{Que signifie le nombre à l’intérieur du triangle qu’on peut trouver sur les polymères ?}
C’est une méthode de
classification. Par exemple, le nombre 6 indique que c’est du polystyrène.
\bigbreak
\textbf{Peut-il y avoir des polymères sans squelette carboné ?}
Oui, la silicone qui a un squelette de silicium (juste
en-dessous dans la classificiation périodique).
\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce que le PVC? Se recycle-t-il bien ?}
Polychlorure de vinyle. Non, bien qu’il soit thermoplastique il
contient des atomes de chlore, le chauffer est donc très dangereux.
\bigbreak
\textbf{C'est quoi l'ADN d'un point de vue chimique? Est-ce qu'il rentre dans la définition des polymères?}
C'est un biopolymère mais le motif ne se répète pas.
\bigbreak
\textbf{Est-ce que tous les plastique peuvent être recyclés?}

\bigbreak
\textbf{D'où vient le polyéthylène? Sous quelle forme se présente le monomère?}
Dérivé du pétrole. Gaz.
\bigbreak
\textbf{Unité de masse classique pour caractériser les polymères?}
kiloDalton.
\bigbreak
\textbf{Différence entre PE et PS/PP/PVC?}
PS/PP/PVC: carbone asymétrique, tacticité. Il faut maîtriser leur synthèse.
\bigbreak
\textbf{Comment vérifier la tacticité d'un point de vue analytique?}

\bigbreak
\textbf{Pouvez-vous citer des polymères naturels ?}
Le caoutchouc, la cellulose...
\bigbreak
\textbf{C’est quoi l’amidon ? }
En fait c’est un polymère.
\bigbreak
\textbf{Et la Maïzena ? }
C’est de l’amidon de maïs (de la fécule de maïs). Attention Maïzena c’est une marque, mieux
vaut utiliser le terme générique.
\bigbreak
\textbf{Du coup la réaction amidon + glycérol, c’est quoi ? }
Bah c’est pas une polymérisation puisqu’on part d’un
polymère ; c’est une condensation.
\bigbreak
\textbf{À quelle catégorie de polymères appartient le nylon ?}
C’est un copolymère, puisque formé à partir de plusieurs
monomères, et particulièrement un polyamide.
\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce que le PET?  Est-il formé par polyaddition, comme le PE? }
C’est du polyéthylène téréphtalate.\\
Pas
du tout ! Il est formé par polycondensation. Le vrai nom serait plutôt polytéréphtalate d’éthylène.
\bigbreak
\textbf{Quel type de polymères peut-on utiliser pour les matières textiles ? }
Les polyesters et polyamide linéaires, pas
ramifiés. Ils doivent être étirables, malléables, et faire des fibres. Pas le PET en gros.
\bigbreak
\textbf{Y a-t-il seulement des polymères dans les matériaux plastiques ? }
Non, il peut y avoir des colorants (comme
dans notre polymère biodégradable), mais également des phtalates, agents plastifiants, ou du bisphénol.
\bigbreak
\textbf{Comment obtenir les matériaux thermodurcissables ? À}
 l’inverse des thermoplastiques qui prennent leur forme
en refroidissant, il faut d’abord les mettre en forme puis les chauffer.
\bigbreak
\textbf{Exemple de polymérisation en chaîne ?}
 Amorçage par HOOH pour former deux radicaux, puis les électrons
célibataires vont réagir avec ceux de la double liaison carbone en laissant un -OH en bout de chaîne. On peut
faire une terminaison en liant deux radicaux ensemble.
\bigbreak
\textbf{Pourquoi le motif du polyéthylène contient 2 C?}
 Le motif pourrait n’en contenir un seul. C’est pour mettre en
évidence le monomère dont il est issu. On ne peut pas avoir un nombre impair de carbones dans la chaîne, le
motif avec 1 C sera forcément répété 2n fois.
\bigbreak
\textbf{Que signifie le nombre à l’intérieur du triangle qu’on peut trouver sur la polymères ?}
 C’est une méthode de
classification. Par exemple, le nombre 6 indique que c’est du polystyrène.
\bigbreak
\textbf{Peut-il y avoir des polymères sans squelette carboné ? }
Oui, la silicone qui a un squelette de silicium (juste
en-dessous dans la classificiation périodique).
\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce que le PVC? Se recycle-t-il bien ? }
Polychlorure de vinyle. \\
Non, bien qu’il soit thermoplastique il
contient des atomes de chlore, le chauffer est donc très dangereux.
\section*{Remarques}
\begin{itemize}
 \item C'est pas parce que le polymère est dissous qu'il est pas dangereux pour l'environnement
\end{itemize}




\end{document}
