Bref résumé
L'article explore la complexité des plastiques, en mettant en évidence la diversité des polymères plastiques et leur ingénierie pour des propriétés spécifiques telles que la résistance, la flexibilité ou la résistance aux solvants. Découvrez les origines de la production de plastique, en remontant au gaz naturel, en particulier à l'éthane, qui subit une série de processus, notamment le craquage et la polymérisation, pour devenir du polyéthylène. Ces processus impliquent des températures, des pressions et des catalyseurs élevés, conduisant finalement à la formation du matériau polyvalent que nous rencontrons dans divers produits du quotidien.
Diverses possibilités polymères
Le terme « plastique » suggère un seul matériau, mais il existe en fait des centaines de polymères plastiques différents. La polymérisation se produit lorsqu'une réaction chimique amène les molécules à réagir ensemble pour former des chaînes polymères. Ces chaînes polymères peuvent être modifiées pour contrôler les propriétés physiques spécifiques de la résine plastique obtenue, ce qui permet de concevoir le produit pour de nombreuses utilisations différentes.
Par exemple, certains produits en plastique peuvent nécessiter une résistance accrue, d'autres une flexibilité maximale et d'autres encore une résistance aux solvants. Toutes ces exigences peuvent être prises en compte par les polymères utilisés au cours du processus.
Origines, étiquettes et processus de production
Les polyéthylènes peuvent être étiquetés comme des polyéthylènes de basse et de haute densité (LDPE ou HDPE), ou d'autres désignations visibles au fond des récipients ménagers. Il ne se passe pas un jour sans que nous soyons en contact avec des objets en plastique.
Il se trouve partout, depuis l'emballage des aliments, l'équipement médical, le mobilier et les véhicules, jusqu'aux jouets, aux ordinateurs et aux vêtements. Mais la plupart des gens ne réalisent pas que le gaz naturel est à l'origine d'une grande partie de la production de plastique.
La première étape de la transformation du gaz naturel en plastique est l'installation de craquage. Les craqueurs transforment le naphta, un produit à base de pétrole brut, ou l'éthane, un liquide de gaz naturel, en éthylène, ce qui est le point de départ pour une variété de produits chimiques.
Des origines naturelles à la polymérisation : le voyage de l'éthane au polyéthylène
L'éthane est généré de la même manière que d'autres hydrocarbures (par exemple, le pétrole et le gaz). Il y a des centaines de millions d'années, des matières organiques telles que le plancton sont tombées au fond de la mer.
Au fil du temps, il a été piégé dans les sédiments dans un environnement anoxique (manque d'oxygène pour décomposer complètement ces matières organiques). La pression et la température ont transformé ces matériaux en hydrocarbures. Ces formations porteuses d'hydrocarbures ont mûri à des rythmes différents, même au sein d'une même formation, en fonction de la température, du temps et de la pression. Au sein d'une formation, une zone peut produire du pétrole, une autre du gaz naturel « humide » (gaz naturel mélangé à des liquides de gaz naturel) et une autre zone encore uniquement du gaz « sec » (méthane presque pur).
Comme tous les LGN, l'éthane est un liquide souterrain qui se transforme en gaz sous les pressions et à des températures normales de surface. L'éthane est séparé du flux gazeux dans une installation de traitement où différentes pressions et températures sont appliquées pour extraire chacun des gaz séparément. La dé-éthanisation se produit lorsque le point d'ébullition de l'éthane seul est atteint, le transformant en gaz.
L'éthane pur (au moins 90 % d'éthane, mais généralement plus) est ensuite acheminé vers un pipeline jusqu'à sa destination, une usine de craquage d'éthane. Dans l'usine de craquage, qui a accès à une importante source d'énergie, l'éthane est chauffé à environ 1500 degrés Fahrenheit. Ce processus est appelé craquage, car l'énergie thermique est utilisée pour briser ou fissurer les molécules afin de former de nouvelles molécules.
À cette température, les molécules d'éthane (C2H6) perdent deux molécules d'hydrogène, qui se séparent pour former une molécule d'hydrogène distincte et stable (H2), laissant des molécules composées à 80 % d'éthylène (C2H4).
L'éthylène formé au cours du processus de craquage est ensuite transporté par pipeline vers une autre installation pour être converti en produits de craquage d'éthane utilisables, dont le plus courant est le polyéthylène.
À ce stade, l'éthylène est encore un gaz et a besoin de pression ainsi que d'un catalyseur pour se transformer en polyéthylène, une résine. Le processus par lequel le polyéthylène est fabriqué à partir de l'éthylène est connu sous le nom de polymérisation.
Crédits : Daniel Brockett
