Du pétrole au plastique

Les différentes matières plastiques sont fabriquées principalement à partir d’hydrocarbures, des composé organiques présents notamment dans le pétrole brut.
Découvrez en détails les aspects relatifs à la transformation du pétrole en plastique.

Le pétrole (du latin « petra » et « oleum » : « huile de pierre ») est une huile minérale naturelle utilisée comme source d’énergie.
Il est issu d’un mélange d’hydrocarbures (molécules composées de carbone et d’hydrogène) associé à d’autres atomes.
Certains de ses composants peuvent être gazeux, liquides et parfois solides, en fonction de la température et de la pression. Dense, facilement stockable et transportable, le pétrole fournit la grande majorité des carburants liquides. Il est aussi utilisé, dans le domaine de la pétrochimie, pour la production des plastiques, entre autres.

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Plastiques et enjeux énergétiques

Source d’énergie fossile importante, l’exploitation du pétrole est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine. En tant qu’énergie indispensable, mais également non renouvelable, il est l’un des grands enjeux énergétiques de notre époque.
Les différents « chocs pétroliers » (celui de 1973 et de 1980, notamment) ont permis de questionner les choix énergétiques, en incitant à maîtriser les consommations et à les orienter vers d’autres sources d’énergie (éolienne, hydraulique, nucléaire…) afin d’anticiper le « Peak oil » (pic pétrolier : l’épuisement des réserves de pétrole exploitables).

Le « peak oil », entre prévisions apocalyptique ou modèles scientifiques déterminara-t-il l’avenir du plastique ?

Détail

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Le pétrole, une ressource vitale pour la pétrochimie

Les plastiques peuvent être fabriqués à partir de nombreuses ressources différentes… Pourvu qu’elles contiennent du carbone. Source d’énergie, le pétrole est donc, avec le charbon et le gaz naturel, une source de matières premières de la pétrochimie, l’industrie qui produit les principales matières de base de la chimie et des matières plastiques.
En Europe, le raffinage du pétrole permet d’obtenir à moindre coût, la plupart de ces intermédiaires indispensables : l’éthylène, le propylène, le butadiène, le benzène, l’éthanol, l’acétone, etc.
Très dépendante des approvisionnements en pétrole, la pétrochimie n’utilise cependant qu’une très petite proportion des quantités de pétrole et de carbone fossiles extraites dans le monde. En fait, 4% seulement de la production suffit pour produire les 265 millions de tonnes de plastiques consommés chaque année sur la planète.

Principaux pays producteurs et consommateurs de pétrole dans le monde en 2009 : des enjeux énergétiques et géopolitiques
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Du pétrole au plastique

Après avoir été extrait du sous-sol, le pétrole brut est envoyé dans une raffinerie. Le pétrole brut est un mélange de milliers de constituants, qu’il faut séparer pour pouvoir les exploiter. En raffinant le pétrole, on obtient :

puce_rose2 du fioul pour le chauffage ;
puce_rose2 du gazole, du kérosène et de l’essence pour les moyens de transport ;
puce_rose2 du naphta, transformé dans les usines chimiques.

C’est ce dernier composant obtenu grâce au raffinage qui constitue la matière première des matériaux plastiques.
La première étape consiste à séparer les constituants du pétrole, grâce au procédé de distillation fractionnée, car les constituants du pétrole ont des masses différentes et donc des points d’ébullition différents.
Sous l’action de la chaleur, les molécules se transforment en gaz et s’élèvent dans la tour de distillation. Elles se condensent progressivement car plus elles s’élèvent et moins il fait chaud.
Le naphta se condense entre 180°C et 40°C. Il doit ensuite être transformé, lors de la phase de craquage (chauffage puis refroidissement brutal).
Par ce traitement, on obtient de petites molécules (solides ou liquides), qui contiennent entre 2 et 7 atomes de carbone : les monomères, produits chimiques de base pour fabriquer les matières plastiques.

Pour aller plus loin

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Des monomères aux polymères : Atomes crochus

Pour fabriquer les matières plastiques, on met en réaction les monomères, afin de former un polymère. Cette deuxième étape s’appelle la polymérisation.
Il existe deux types de réactions pour produire des polymères.

puce_rose2 Dans les réactions « d’addition », le polymère est constitué d’une chaîne du même monomère. C’est la réaction qui permet la fabrication du polyéthylène (PE) des sacs plastique ou le polypropylène (PP) des flacons souples.
puce_rose2 Dans les réactions de condensation, le polymère est constitué d’une chaîne de deux monomères. Elles sont utilisées dans la fabrication du polyéthylène téréphtalate (PET) des bouteilles d’eau et de sodas.

Chaîne de polypropylène et molécule de propène autrefois appelé propylène

Les polymères sont presque toujours sous forme solide.

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Les matières plastiques entre recyclage et valorisation

La valorisation énergétique
Les plastiques étant issus de la transformation de carbone fossile, pétrole, gaz naturel ou charbon, qui est utilisé très majoritairement comme source d’énergie et combustible, la valorisation des plastiques usagés s’est naturellement tournée vers cette utilisation.
C’est pourquoi aujourd’hui encore, la valorisation énergétique des plastiques reste le principal débouché des déchets plastiques :

puce_rose2 La méthode traditionnelle consiste à utiliser les déchets plastiques comme un simple combustible riche en carbone dans des centrales thermiques.
puce_rose2 D’autres voies sont envisagées qui consiste à re-transformer le plastique en pétrole. Pour l’heure, les procédés restent au stade expérimental et ne constituent pas une alternative à notre consommation de pétrole comme énergie ou comme matière première.

Le recyclage
L’idée de recycler les matières plastiques comme matières secondaires pour l’industrie s’est imposée ensuite. C’est aujourd’hui le mode de valorisation que veulent privilégier tous les pays soucieux d’une bonne gestion des ressources.
Plusieurs approches sont possibles et complémentaires.

puce_rose2 Des industriels, notamment en Amérique du Nord, en Allemagne et en Italie, ont mis au point des procédés permettant de mélanger les plastiques usagés de nature différente pour produire des matériaux composites utilisables dans les travaux de bâtiment (blocs de construction) ou les infrastructures (traverses de chemin de fer). Cela permet de recycler ensemble des fractions riches en polyoléfines (films, objets en polyéthylène ou en polypropylène), sans avoir à les séparer par polymère.
puce_rose2 Dans la plupart des pays européens, et en France en particulier, les dispositifs de collecte ont opté pour un recyclage plus sélectif, en séparant les différentes matières plastiques, en amont de la filière.
L’intérêt est d’obtenir des matières recyclées de qualité équivalente aux plastiques d’origine et ainsi des débouchés plus importants. Mais les opérations de tri des polymères, en amont, et la mise en place de procédés de recyclage spécifiques pour chacun rende cette approche lente et coûteuse à mettre en place.
puce_rose2 Dans tous les cas, les flux résiduels des plastiques difficiles à séparer ou à recycler peuvent être valorisés énergétiquement.