Les molécules organiques se prêtent particulièrement bien à la polymérisation. Les chimistes en ont découvert une quantité phénoménale. Ils ont envahi notre environnement et sont présents partout, sous forme de mousses, de résines (matières plastiques) et de fibres, textiles ou autres. Ils sont aussi une cause de plus en plus préoccupante de pollution.

En dresser une liste exhaustive est mission quasiment impossible. Nous nous contenterons ici d’en citer quelques uns parmi les plus répandus et les plus emblématiques.

Les dérivés de la cellulose

La cellulose est une fibre naturelle que l’on trouve dans la plupart des plantes. C’est un polymère du glucopyranose, les liaisons entre monomères s’établissant à partir des atomes de carbone 1 et 4 des molécules de glucopyranose. La formule générique de la cellulose est -[C₆H₁₀O₅]_n-.

En 1865, Paul Schützenberger estérifie la cellulose avec de l’acide acétique CH₃COOH et obtient de l’acétate de cellulose. Il faudra néanmoins attendre une quarantaine d’année avant que l’on trouve le moyen d’utiliser le produit industriellement, d’abord sous forme de film (en remplacement du celluloïd) puis sous forme de filament. Il sera commercialisé sous le nom de rayonne.

En 1884, Hilaire de Chardonnet découvre un autre dérivé de la cellulose, la viscose. C’est un thioester. Cette fois, le groupe qui prend la place des groupes hydroxyles est un xanthate -O-C(=S)S^-.

La neutralité est assurée par la présence d’ion Na⁺ :

Le succès commercial est très vite au rendez-vous. On parle de soie artificielle. L’impact sur l’environnement s’avère désastreux à la longue : l’utilisation intensive de disulfure de carbone pollue les nappes phréatiques et la viscose de ne se dégrade pas complètement et constitue une part non négligeable des microplastiques que l’on trouve dans les océans.

Polymères dérivés de l’éthylène et du propylène

Le polyéthylène (PE) est le polymère de l’éthylène. C’est une matière plastique peu cher, utilisée surtout pour réaliser des emballages. Il est quasiment non biodégradable. La formule du polyéthylène est -[CH₂-CH₂]-.

Le polychlorure de vinyle (PVC) est le polymère du vinyle. Il a été découvert de manière fortuite en 1835 par Henri Victor Regnault. Malgré son ancienneté, il n’a été utilisé de manière industrielle qu’au 20ème siècle. La formule du PVC est -[CH₂-CHCl]-.

Le polystyrène (PS) est le polymère du styrène C₆H₅-CH=CH₂ (phényléthylène). Il est beaucoup utilisé sous forme de mousse (polystyrène expansé). La formule du polystyrène est -[CH(C₆H₅)-CH2]-.

Le polypropylène est le polymère du propène, autrefois appelé propylène (CH₂=CH-CH₃).

La formule du polypropylène est -[CH2-CH(CH3)]-.

Fibre acrylique

La fibre acrylique est une fibre omniprésente dans le domaine du textile. C’est le polymère de la molécule d’acrylonitrile CH₂=CH-CN. C’est donc un polyacrylonitrile (PAN) et sa formule est -[CH2-CH(CN)]-. Elle a été mise au point pour le compte de la société Dupont de Nemours en 1941.

Néoprène

Le néoprène a été mis au point pour le compte de la société Dupont De Nemours en 1931. C’est un caoutchouc synthétique. C’est le polymère du chlorobutadiène CH₂=CCl-CH=CH₂. Sa formule générique est -[CH2-CCl=CH-CH2]-.

Polycarbonate

Le polycarbonate (formule -[C(=O)-O-pPh-C(CH₃)₂-pPh-O]-) a été découvert en 1953 par des chercheurs travaillant pour la société Bayer AG. C’est une matière plastique qui conserve de très bonnes propriétés mécaniques dans une large gamme de température. C’est un polymère du bisphénol A (HO-pPh-C(CH₃)₂-pPh-OH).

Nota : le symbole pPh représente le groupe paraphénylène -C₆H₄-.

Polyamide (PA)

Le nylon [C₁₂H₂₂N₂O₂]_n a été découvert en 1935 par Wallace et Carothers pour le compte de la société américaine Dupont de Nemours.

C’est un polyamide, c’est-à-dire un polymère contenant une fonction amide -C(=O)-NH-. Les polyamides forment une très large famille aux nombreuses applications industrielles.

Parmi ceux-ci, les aramides sont des polymères dont les monomères comportent une chaîne aromatique. Le kevlar, dont le nom officiel est poly(p-phénylènetéréphtalamide) en est un exemple emblématique. Découvert par Stéphanie Kwolek en 1964 pour le compte de la société Dupont de Nemours, il a des propriétés mécaniques exceptionnelles. Sa fibre est cinq fois plus résistante que l’acier. Sa formule générique est -[NH-C₆H₄-NH-C(=O)-C₆H₄-C(=O)]-. En plus de la liaison polymère il s’établit une liaison par ponts hydrogène entre les fibres.

Polyester

C’est également une large famille de polymères dont la particularité est que les monomères comportent une liaison ester. Le polytéréphtalate d'éthylène (PET) est sans doute le polyester le plus répandu. Il est à la base des bouteilles recyclables, des cartes de crédit ou encore des fibres textiles utilisées pour tisser les vêtements dits « polaires »... Le PET a été breveté par une entreprise anglaise en 1941 et développé industriellement par la société Dupont de Nemours. Il est commercialisé sous différentes dénominations commerciales (Dacron ou Tergal pour les fibres, Mylar pour les films ou les bandes...). La formule du PET est -[O-C(=O)-C6H4-C(=O)-O-CH2-CH2]-.

Nota : l’acide phtalique est l’acide benzènbe-1,2-dicarboxylique et l’acide téréphtalique est l’acide benzènhe-1,4-dicarboxylique. Tous deux ont la même formule, C₆H₄(COOH)₂.

Il existe d'autres polytéréphtalates comme le PBT (polytéréphtalate de butylène) ou le PTT (polytéréphtalate de triméthylène). Dans le polynaphtalate d'éthylène (PEN), le noyau benzénique -C₆H₄- est remplacé par un noyau naphtalène -C₁₀H₆-. Le naphatalène est un goudron aromatique polycyclique composé de deux cycles benzéniques accolés.

Les résines polyester sont quant à elles très utilisées dans la fabrication des matériaux composites. Elles sont à base de chaînes carbonée insaturée. Elles sont thermodurcissables.

PBAT

Le polybutylene adipate téréphtalate, ou polybuturate (PBAT) est un copolymère : une succession de brins polymères de deux espèces différentes. La première espèce est un polyester de 1,4-butanediol (HOCH₂-C₂H₄-CH₂OH) et d'acide adipique (acide 1,6-hexanedioïque HOOC-C₄H₈-COOH). La seconde est un polyester de 1,4 butanediol associée à du diméthyl téréphtalate (DMT H₃C-OC(=O)-C₆H₄-C(=O)-CH₃). Dans ce cas, l'estérification conduit à la production de CH₄ (réaction de l'hydrogène de la fonction alcool du butanediol avec le groupe méthyle du DMT).

Le copolymère est obtenu par transestérification entre brins de chaque espèce. Le PBAT suscite de grands espoirs comme alternative au PET dans la mesure où il serait entièrement biodégradable.

Plexiglas

Le poly(méthacrylate de méthyle) a été mis au point en 1877 par le chimiste allemand Rudolf Fittig. Il a été commercialisé sous la marque plexiglas en 1933. Sa formule est -[CH₂-C(CH₃)(C(=O)OCH₃)]-.

Polyéther et polyaryléther

Quand on parle de polymère, on pense généralement à des matières plastiques ou à des résines. Ce n'est pas toujours le cas. Le polyéthylène glycol -[O-CH₂CH₂]- (ou PEG) est un solvant aux multiles usages, mais aussi un épaississant et un gélifiant utilisé en cosmétique. C'est un polyéther, c'est à dire un polymère construit sur une liaison éther.

Les polyaryléthers sont des polyéthers dérivant d'un composé aromatique. Le plus simple est basé sur le diphényl éther. Il a pour formule -[C₆H₄-O]-.

Colle cyanolite

La colle cyanolite a été inventée par Harry Coover en 1942 pour le compte de la société Eastman Kodak. C'est un polymère du cyanocrylate de méthyle de formule C₅H₅NO₂. Elle est commercialisée sous les noms super glue ou loctite. Il existe aussi des cyanocrylates d'éthyle ou de butyle.

Polyuréthane

Le polyuréthane a été inventé par Otto Bayer en 1937. C’est un polymère de l’uréthane (aussi appelé carbamate). Les uréthanes sont des esters de l’acide carbamique H₂N-COOH. Plus généralement, on appelle uréthane tout composé produit par la réaction d'un isocyanate (R-N=C=O) et d'un alcool. Le polyuréthane a été décliné sous différentes formes en variant les monomères. Les polyuréthanes ont une quantité d’applications sous forme de mousses, de résines ou de fibres dont la plus connue est l’élasthanne (aussi appelé lycra).

PEEK

Citons pour clore cette liste non exhaustive le PEEK, ou polyétheréthercétone, mis au point en 1978 et aux multiples applications industrielles. La formule du PEEK est -[O-C6H4-C(=O)-C6H4-O-C6H4]-.