Histoire du plastique de 1862 à nos jours

Nous proposons un dossier pédagogique, permettant d’enseigner aux élèves l’histoire du plastique ! Vous trouverez, dans notre espace enseignants, un programme pédagogique complet, portant sur le recyclage des emballages en plastique en France.

illustr-histoire


Des plastiques avant le plastique

Les plastiques actuels ont tout au plus un siècle. D’autres matériaux plastiques, donc modelables, les ont précédés, dès la préhistoire. Comme les résines végétales utilisées pour assembler les outils néolithiques, le latex avec lequel les mayas jouaient à la pelote… Sans oublier les mastics, à base de bitume, utilisés pour calfater les coques depuis l’Antiquité jusqu’à l’époque de la marine à voile.


L’âge des pionniers

Dès le début de l’ère industrielle, les chimistes, savants ou inventeurs, cherchent des formules pour améliorer ces gommes végétales ou pour produire des plastiques synthétiques à partir de ressources naturelles. La concurrence est rude et les résultats souvent aléatoires.

1862
La Parkésine ouvre la voie

Détail

Inventeur prolifique, l’Anglais Alexander Parkes (1813-1890), présente en 1862, à l’Exposition Internationale de Londres, la Parkesine, un nouveau matériau obtenu par la dissolution de la nitrocellulose dans l’alcool.

Utilisable à l’état solide, plastique ou fluide, imperméable et pouvant être usiné comme les métaux ou moulé par compression, il vaut à Parkes un certain succès. Son imperméabilité séduit même le fabricant d’imperméables George Spill désireux de l’utiliser, sous sa forme souple.
Mais ce plastique se révèle onéreux, en raison de l’alcool entrant dans sa composition. De plus il a tendance à se déformer et à se fissurer.

1869
Le celluloïd, une invention retentissante

Détail

Confronté à la pénurie d’ivoire, le fabricant de boules de billard américain Phelan & Collander lance un concours pour un produit de remplacement doté d’un prix de 10 000$. John Wesley Hyatt relève le défi.

Comme tous les imprimeurs, il a l’habitude de protéger ses doigts avec du collodion qui en séchant laisse une pellicule plastique imperméable à l’encre. La matière est trop flexible pour remplacer l’ivoire. Après bien des essais, John Wesley Hyatt réussit à la durcir, en y ajoutant du camphre.

Ce premier plastique appelé celluloïd pose toutefois un problème. Il se révèle trop fragile pour résister aux chocs des billes de billard entre elles. Malgré cela le celluloïd connaît un grand succès dans la fabrication d’une multitude d’objets : dents artificielles, manches de couteau, boutons, stylos…

Quant aux boules de billard en celluloïd, elles seront utilisées jusqu’au début du XXe siècle, avant d’être remplacées par des boules en bakélite, le premier plastique vraiment synthétique.



1907
La Bakélite, une histoire belge

Détail

En 1907, le chimiste belge Léo Baekeland en cherchant à fabriquer une laque artificielle à partir de phénol et de formol, commet une géniale erreur. Bingo !

Par la réaction chimique entre le phénol et le formaldéhyde sous une pression et une température élevées, Léo Baekeland obtient une résine thermodurcissable qui garde sa forme même si elle est chauffée. Son invention, appelée Bakélite, entraine une véritable révolution.

Premier plastique entièrement synthétique, cette résine utilisée en imprégnation est aussi à l’origine des premiers composites. Nombre d’industriels l’adoptent pour fabriquer toutes sortes d’objets.
Le premier disque manufacturé par Thomas Edison a été réalisé en Bakélite. Comme le « Browny », premier appareil photo de Kodak.

Appréciée pour ses qualités d’isolant électrique, la Bakélite connaît aussi un grand succès, dès 1920, dans la fabrication des téléphones et des premiers appareils électroménagers.

Avec le pétrole, du carbone en abondance

Les plastiques peuvent être fabriqués à partir de nombreuses matières premières pourvu qu’elles contiennent du carbone. Après la Première Guerre Mondiale, les industriels de la chimie privilégient le carbone fossile du charbon, du gaz naturel et surtout du pétrole.
Ces matières premières servent de relais pour produire les molécules de base des plastiques : l’éthylène, le propylène, le butadiène, le benzène, l’éthanol, l’acétone…

1926
Le PVC rate trois fois son entrée

Détail

En 1835, le chimiste allemand Justus von Liebig accueille dans son laboratoire un jeune confrère français Henri Victor Regnault pour étudier l’action du chlore sur l’éthylène. Au cours de leurs expériences, ils obtiennent du chlorure de vinyle, le composant de base du PVC.

À cette occasion, le polymère final leur apparaît même sous la forme d’un résidu de poudre blanche dans des bouteilles de chlorure de vinyle exposées à la lumière solaire. Mais l’observation reste sans suite.
En 1872, Eugen Baumann, un autre chimiste du laboratoire Liebig fait la même constatation sans savoir que faire de ce polychlorure de vinyle en poudre.

En 1912, le russe Ivan Ostromislensky et l’allemand Fritz Klatte tentent d’utiliser cette matière dans l’industrie, mais sans succès.

C’est finalement le chimiste américain Benjamin Franklin Goodrich qui, en 1926, parvient à plastifier ce PVC solide grâce à des additifs. La production industrielle à grande échelle débute en 1938 et la première unité française de production de PVC suit de près.

Aujourd’hui encore, le PVC reste le deuxième plastique le plus utilisé..

1933
Le polyéthylène, deux erreurs avant le Nobel

Détail

Quand, en 1899, le chimiste allemand Hans von Pechmann découvre un résidu cireux au fond de son tube à essais, il ne se doute pas qu’il s’agit de la première forme de polyéthylène, le plastique le plus couramment utilisé.

L’année suivante, ses deux collègues, Eugen Bamberger et Friedrich Tschirner, appellent cette cire le polyméthylène mais concluent qu’elle n’a pas d’intérêt. On l’oublie donc, jusqu’à ce jour de 1933, où les chimistes de la compagnie anglaise ICI, Eric Fawcett et Reginald Gibson, qui travaillent sur l’action des hautes pressions et de la chaleur sur l’éthylène gazeux constatent, à leur tour, que leur matériel est recouvert d’une pellicule cireuse.

Deux ans plus tard, la compagnie trouve un procédé pour en produire de façon industrielle. Bientôt le polyéthylène permet d’isoler les câbles téléphoniques sous-marins. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il devient un composant essentiel des radars.



Mais il faudra attendre la découverte de nouveaux procédés de fabrication à basse pression et moins gourmands en énergie, pour que le polyéthylène devienne un produit de grande consommation. Celui développé en 1953, à l’Institut Max-Planck, par Karl Ziegler vaudra à son auteur le prix Nobel.



1934
Le Plexiglas remplace le verre

Détail

Avec le développement de l’automobile et bientôt de l’aéronautique, la concurrence fait rage pour mettre au point un plastique transparent susceptible de remplacer le verre, trop fragile. C’est l’allemand Rohm en 1934 qui remporte la première manche sous la marque Plexiglas

Dans les années 20, de nombreux laboratoires s’intéressent aux dérivés du méthacrylate de méthyle connus depuis une vingtaine d’années. Des chimistes comme le canadien William Chalmers, les américains Barker et Skinner et l’allemand Otto Röhm cherchent à mettre au point, grâce à cette substance, un plastique transparent pour remplacer le film en celluloïd des premiers verres feuilletés..

C’est finalement Otto Röhm qui emporte la première manche à l’issue d’un test raté. Au lieu de coller les couches de verre feuilleté, son polyméthacrylate de méthyle (PMMA) a formé une plaque indépendante et transparente.

Mis sur le marché en 1933, par sa société Rohm and Haas, ce verre organique rencontre immédiatement un grand succès sous le nom de Plexiglas. Avant d’être concurrencé par d’autres variantes, sous différentes marques.



1937
Le polyuréthane mousse

Détail

Quand le Dr. Otto Bayer met au point le polyuréthane, personne n’imagine le succès qu’il va rencontrer. Depuis lors, sous l’impulsion de plusieurs générations de chimistes, de développeurs, d’ingénieurs et de designers, il est devenu un matériau universel

L’idée initiale d’Otto Bayer de mélanger de petites quantités du composant chimique de base pour obtenir une énorme molécule est jugée irréaliste par ses collègues. Après de nombreux essais, cependant, il parvient finalement à obtenir une sorte de mousse solide et souple, c’est un polyuréthane. Mais, ce nouveau polymère n’est pas destiné à rester sous cette forme.

Dans les années suivantes, les industriels mettent au point différents types de polyuréthane en variant ses composants. Plus ou moins rigides, ils peuvent être alors utilisés comme colles, résines, peintures, plastiques élastomères ou fibres.




1938
Le nylon, symbole de la puissance américaine

Détail

Véritable révolution, la création de la première fibre polyamide par la firme américaine Dupont de Nemours est le fruit d’un projet industriel sans précédent

De l’invention du nylon, on n’a retenu que le brevet du polyamide 6-6, déposé par le chimiste américain Wallace Hume Carother pour le compte de la société Du Pont de Nemours.
En réalité, c’est le résultat de la collaboration de plus de 230 ingénieurs et chimistes, de la construction d’une usine prête à fabriquer 1300 tonnes de cette nouvelle fibre révolutionnaire protégée par 500 autres brevets.

Dès les premiers jours de sa commercialisation, la clientèle féminine se rue sur les nouveaux bas inusables, fabriqués à partir de « charbon, d’air et d’eau » comme l’annonce la publicité.

On retrouve bientôt le nylon dans toutes sortes de produits textiles, notamment les parachutes des soldats alliés. Il est également utilisé sous forme rigide pour fabriquer des pièces mécaniques résistantes aux frottements. .

Le général Groves est si impressionné par l’efficacité industrielle de la compagnie Du Pont de Nemours qu’il lui confie, en 1942, la fabrication du plutonium de la future bombe atomique.






1944
Le polystyrène en expansion

Détail

Il a fallu plus d’un siècle et bien des tentatives pour mettre au point le plastique de nos pots de yaourt, de nos boitiers de CD et des bouteilles thermos

Vers 1839, le pharmacien berlinois Eduard Simon, en distillant de « l’ambre liquide », une résine médicinale également appelée Styrax issue de l’arbre du même nom, obtient un liquide incolore. Il le baptise styrène. En le chauffant, il obtient une substance solide.
C’est seulement en 1920 que le chimiste allemand, Hermann Staudinger, futur prix Nobel, explique que le chauffage du styrène liquide entraîne une réaction en chaîne qui produit des macromolécules de polystyrène, sous la forme d’une matière rigide mais cassante et transparente.

En Europe comme aux États-Unis, les industriels tentent de valoriser ce polystyrène « cristal » comme substitut du celluloïd ou du verre. La firme américaine Naugatuck Chemical fait une première tentative en 1925 mais échoue. Les industriels allemands ont plus de chance en commercialisant leur polystyrène pour fabriquer des plastiques plus ou moins résistants. Mais les américains de Dow Chemical prennent la relève en 1938… Surtout pour écluser un énorme stock de styrène que leurs clients leur ont laissé sur les bras.

Finalement le succès viendra, par erreur, en 1944, grâce à Ray Mc Intire, un des chimistes qui travaille sur les caoutchoucs synthétiques dont l’armée américaine a grand besoin. En voulant polymériser ensemble du styrène et de l’isobutène sous pression, il constate que ce dernier se vaporise et s’immisce dans le polystyrène. Au lieu de caoutchouc artificiel, il vient de découvrir le polystyrène expansé. Commercialisé sous le nom de Styrofoam, ce matériau rigide de faible densité deviendra, sous le sigle PSE, l’un des isolants thermiques les plus utilisés dans la construction et l’emballage.


L’âge d’or des plastiques

Pendant la Seconde Guerre Mondiale, les belligérants se sont livrés à une course effrénée pour améliorer la fabrication des premières matières plastiques et en découvrir de nouvelles, encore plus performantes, à des fins militaires… Une fois la paix revenue, les plastiques commencent une nouvelle carrière, dans la société de consommation.
Grâce à leur formidable capacité de transformation, ils offrent de nombreuses solutions pour en finir avec la pénurie et les restrictions, fabriquer les produits bon marché du quotidien et leurs emballages.

1945
Le Téflon, le dur à cuire de nos cuisines

Détail

Ce nouveau polymère tout à fait inédit est créé dans la foulée de la découverte du nouveau procédé de fabrication du polyéthylène.

Le 6 avril 1938 au laboratoire Jackson de Du Pont de Nemours, dans le New Jersey, l’équipe du Dr Roy J. Plunkett qui travaille sur un gaz réfrigérant dérivé du fluor découvre qu’un échantillon s’est spontanément polymérisé en une matière blanche et cireuse. Ce nouveau matériau présente une résistance à pratiquement tous les produits chimiques ou solvants connus. Sa surface est tellement glissante que presque aucune substance ne peut y adhérer. Il ne gonfle pas sous l’effet de l’humidité et il ne se dégrade pas ou ne se fragilise pas après une exposition prolongée à la lumière du soleil. Plus incroyable encore, il ne fond qu’à 327 °C.

Toutes les propriétés de ce plastique peuvent être mises à profit mais la résistance à la chaleur pose néanmoins un problème. On ne peut pas le modeler par injection comme les autres thermoplastiques et il faudra utiliser le frittage, un procédé de modelage à sec par pression et chauffage.

Difficilement identifiable sous son vrai nom « polytétrafluoroéthylène », même abrégé sous le sigle PTFE, il sera commercialisé sous la marque Téflon, dès 1945.

Matériau technique et relativement coûteux, il trouve de nombreuses applications, aussi bien dans l’industrie que pour les emplois domestiques. Comme la première poêle à frire anti-adhérente créée, en 1954, sous la marque Téfal, par le français Marc Grégoire… Ou les tissus techniques en fibres PTFE conçus pour les conditions extrêmes des régions polaires ou de l’espace.


1950
Avec les polyesters, un génie dans la bouteille

Détail

Après un début de carrière difficile, les polyesters connaissent un grand succès dans l’habillement, puis sous forme de bouteilles alimentaires… Afin de redevenir parfois des vêtements, grâce au recyclage.

En 1941, John Rex Whinfield et James Tennant Dickson, deux chimistes britanniques de Manchester qui cherchent une alternative au nylon, découvrent le premier polyester issu du mélange d’un acide et d’un alcool, le polytéréphtalate d’éthylène, aujourd’hui connu par le signe PET.

Hélas, leur brevet doit rester secret pour des raisons stratégiques. Au cours des recherches supplémentaires sur ce polymère ordonnées par les militaires, ils mettent cependant au point, au sein de la société ICI, une nouvelle fibre synthétique, le Térylène. En 1945, la société américaine Du Pont de Nemours en rachète le brevet et crée, ses propres fibres, le Dacron, en 1950, et le Mylar, en 1952

En France, la fibre polyester apparaît en 1954 sous la marque Tergal, créée par la société Rhône-Poulenc. Dans le même temps, différentes résines polyester thermodurcissables apparaissent et sont utilisées dans l’industrie pour fabriquer des pièces composites.

Dès les années 80, la résine PET fait son entrée dans l’emballage alimentaire, avec les bouteilles de soda, notamment. Son succès est tel que ce plastique devient l’une des principales sources pour le recyclage… Environnement oblige !



1953
Le polycarbonate, un nouveau concurrent pour le verre

Détail

Ce polymère très cristallin et extrêmement résistant aux chocs a été mis au point presque simultanément en Allemagne et aux États-Unis.

Le polycarbonate a été synthétisé pour la première fois par un chimiste allemand Gunther Einhorn, en 1898, au fond d’un récipient dans lequel il essayait d’obtenir des carbonates organiques. Deux autres chimistes, Bischoll et Hedenstrom, en fabriquèrent davantage en 1902 mais le jugèrent sans grande utilité. Ce fut également l’avis de Wallace Carothers, l’inventeur du nylon.

C’est seulement en 1953 que les chimistes allemands Schnell, Bottenbruch et Krimm du laboratoire Bayer, en Allemagne, furent capables de produire un polycarbonate exploitable à des fins commerciales. Une semaine plus tard, de l’autre côté de l’Atlantique, le chimiste américain Daniel W. Fox brevète l’autre polycarbonate qu’il a mis au point au sein du département des plastiques de General Electric.

Compte tenu de sa transparence et de sa grande résistance aux chocs et à la chaleur, ce plastique convient particulièrement à la fabrication de verrières de bâtiment, d’optiques automobiles, de cockpits et de visières de casques, notamment ceux des astronautes.


1954
Le polypropylène, l’autre ticket pour le Nobel

Détail

Découvert grâce au nouveau procédé de fabrication du polyéthylène, ce nouveau polymère possède un atout supplémentaire qui fera son immense succès… Et un prix Nobel à son inventeur.

En 1953, Karl Ziegler a montré qu’on pouvait produire du polyéthylène en utilisant moins d’énergie, grâce à la réaction de l’éthylène avec des composés métalliques d’aluminium et de titane.

Un an plus tard, son confrère italien Giulio Natta applique cette nouvelle méthode, à laquelle il a contribué et qui porte d’ailleurs le nom de procédé Ziegler-Natta, à la polymérisation du propylène, un autre dérivé des hydrocarbures.

Il obtient alors le polypropylène. Il constate, en plus, que ce polymère a une forme très régulière. Ce qui confère au nouveau matériau des propriétés thermiques et mécaniques autorisant de nombreuses applications.

C’est un avantage considérable dans la mesure où il peut être produit en quantité, à moindre coût, à partir du propylène contenu dans le pétrole ou le gaz naturel.

D’où le succès de ce plastique « tout terrain » : inodore et non toxique, indéchirable, très résistant, stérilisable et recyclable… Et le prix Nobel de chimie, partagé avec son collègue Karl Ziegler