Le polyéthylène haute densité PEHD

Texte : Romain Blondet, Gauvain Fouere (L2, Institut Villebon-Charpak promotion 2018)

Polyéthylène haute densité: PEHD

Code d'identification
Code d’identification

 

Formule brute (C2H4)n
Formule brute

Les polyéthylènes présentent une structure moléculaire simple : n répétitions du motif  CH2-CH2 et sont produits à partir d’éthylène. Les segments CH2 sont alignés de façon linéaire (on parle de chaînes aliphatiques). La longueur des chaînes (et donc le nombre de motifs de répétitions CH2) déterminent principalement les propriétés du polyéthylène.

Invention :

Karl Ziegler
Giulio Natta

Le Polyéthylène Haute Densité (abbréviation PE-HD) a profité des nombreuses recherches faites précédemment sur le PE-BD (le polyéthylène basse-densité), lancées en 1932. Ces recherches proviennent du lancement d’un programme de recherche sur les réactions de chimie organique effectuées à 3000 bars par le Hollandais MICHEL. Ces résultats ont permis de profiter de 20 ans d’expériences dans le domaine. La découverte de “la polymérisation par catalyse ionique de l’éthylène” furent les bases pour la conception du PE-HD. La conception du PE-HD provient du chimiste allemand Karl Ziegler (qui reçoit le prix Nobel en 1963 avec l’italien Giulio Natta).

Quelques dates : 

  • 1951 : apparaissent les premiers brevets sur le PE linéaire de haute densité, le 28 avril, dépôt par la société Standard Oil avec un catalyseur à base d’oxyde de molybdène, le 2 août, dépôt par la société DUPONT.
  • 1953 : brevet PHILLIPS (catalyseur à base d’oxyde de chrome) et brevet ZIEGLER (catalyseur Ziegler-Natta).
  • 1955 : production industrielle de PE haute densité par catalyse Ziegler.
  • 1956 : production industrielle par PHILLIPS.

Propriétés physico-chimiques :

Le PE-HD possède  une température maximale d’emploi de 105 °C et une température de fragilisation de -50°C. Il possède une bonne flexibilité. Ce plastique est très résistant aux acides (comme le vinaigre), aux alcools aliphatiques (comme l’éthanol), aux aldéhydes et aux hydrocarbures (graisses) mais est peu résistant aux agents oxydants.

Fabrication et Production, Principaux fournisseurs :

Principaux fournisseurs

En 2007, le marché du PE-HD mondial a atteint un volume de plus de 30 millions de tonnes. Le tableau ci-dessous représente les principaux fournisseurs en 2015 et leurs pays d’origine.

Principaux fournisseurs de PE-HD en 2015 et leur pays
Principaux fournisseurs de PE-HD en 2015 et leur pays

Le procédé basse pression

Le PE-HD est aussi appelé PE-HD “basse pression” (50 Bars) car il se différencie du PE-BD qui est lui produit à “haute pression” (1000 Bars).

Il faut 1,75 kg de pétrole (en termes d’énergie et de matières premières) pour faire un kilo de PE-HD!

C’est grâce à la présence d’un catalyseur organométallique de Ziegler-Natta que va se faire la polymérisation. Le catalyseur permet d’associer autour d’un centre métallique, monomère (l’éthylène) et site actif de la molécule en croissance. Le système catalytique est composé de sels de titane et de sels d’aluminium. Il existe plusieurs générations de catalyseurs, car beaucoup de recherche ont été effectuées dessus pour toujours augmenter leur réactivité. Ils sont également actifs pour la synthèse du polypropylène (PP).

Procédé de Ziegler-Natta
Procédé de Ziegler-Natta : à gauche une chaîne en croissance de polypropylène (un autre polymère obtenu par catalyse de Ziegler-Natta)

 

Recyclage, dégradation et traitements des déchets

Le PE-HD est un thermoplastique, c’est une matière qui se ramollit à la chaleur et durcie quand la température baisse. C’est donc un cycle réversible, elle gardera sa thermoplasticité initial. Il est donc potentiellement recyclable.

Après le tri par les consommateurs et la collecte, les plastiques sont séparés en trois catégories : PE-HD (opaque), polytéréphtalate d’éthylène (PET ) clair ou foncé. Ces plastiques sont alors mis en balle et expédiés aux centres de régénération. Un tri supplémentaire et un prélavage éliminent les éléments indésirables et séparent les matériaux suivant leurs densités.

Le plastique est alors broyé en paillettes incorporées dans la fabrication de nouveaux emballages ou encore dans des fibres polyesters pour le PET et pour la fabrication d’objets comme des arrosoirs, du mobilier d’extérieur, pour le PE-HD.

 

Recyclage PE-HD

Il est par exemple utilisé pour produire des caisses en plastique hautement résistantes, des canoës-kayak, emballages de produits détergents, bidons d’huile de moteur, bouteilles de lait, bouteilles de shampoing, flacons de médicament, bouchons de boissons gazeuses, filets de signalisations pour les conduites, câbles enterrés et des tubes pour le transport du gaz ou de l’eau.

Sources :

http://www.matieres-techniques-plastiques.com/pehd.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Poly%C3%A9thyl%C3%A8ne_haute_densit%C3%A9

Sur l’invention :

http://chemphys.u-strasbg.fr/mpb/teach/PEhd/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Poly%C3%A9thyl%C3%A8ne_haute_densit%C3%A9

Fabrication / Propriétés :

http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/mater/pe/texpe.htm#Productions

http://www.manufacturingterms.com/French/HDPE.html

http://chemphys.u-strasbg.fr/mpb/teach/PEhd/

http://www.manufacturingterms. com/French/HDPE.html

http://www.memoireonline.com/02/14/8720/m_L-utilisation-des-tuyaux-anneles-en-polyethylene-pour-l-assainissement-en-Cte-d-Ivoire-Quelle18.html

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