INTRODUCTION AUX POLYMERES
Définition du terme polymère
Le terme polymère vient du grec "polus" plusieurs et "meros" parties, ce qui signifie qu'il s'agit d'une structure ayant une architecture le plus souvent linéaire (chaîne de polymère) ou tridimensionnelle (réseau tridimensionnel) constituée par l'enchaînement covalent de plusieurs unités chimiques de répétitions ou motifs unitaires. La différence avec une grosse molécule quelconque provient de cette répétition de molécule identique ou similaire et constituante une chaîne ou une portion de chaîne.
Les monomères
Ces motifs unitaires constituant les chaînes de polymères sont issus de la réaction entre des monomères, du grec "monos" un seul ou une seule et "meros" partie. Les monomères sont généralement des entités chimiques de faibles masses molaires ou de masses molaires peu élevées. En outre, les monomères possèdent une ou plusieurs fonctions chimiques potentiellement réactives (insaturation ou cycle pour la polyaddition, fonctions dites antagonistes pour la polycondensation). Le nombre et la nature de ces fonctions permet de déterminer ce que l'on appelle la fonctionnalité du monomère, c'est-à-dire le nombre de liaisons qu'un monomère peut établir avec d'autres monomères lors de la réaction chimique appelée polymérisation.
Origines des polymères
Les monomères, comme les polymères peuvent être d'origines diverses : naturelle (bactérienne, végétale ou animale), artificielle (polymères naturels ayant subit une modification chimique) ou synthétique (polymères obtenus selon différentes voies de synthèse). Des polymères d'origines naturelles sont cependant de plus en plus obtenus par des voies bactériennes ou enzymatiques dans des réacteurs à l'instar de ceux utilisés pour produire les polymères synthétiques traditionnels.
Natures des polymères
Le squelette et les groupements latéraux de ces polymères peuvent être organiques (qui contiennent des atomes de carbone) ou inorganiques (chimie minérale). Les polymères les plus connus sont organiques. Les polymères dits inorganiques les plus connus sont des polymères ayant bien un squelette inorganique, mais le plus souvent des groupements latéraux organiques.
C'est le cas du polydiméthylsiloxane, plus connu sous le nom de silicone que l'on range dans la catégorie des polymères inorganiques uniquement à cause de son enchaînement (Si-O-Si), alors que ses groupements latéraux (-CH3) appartiennent à la chimie organique.
C'est aussi le cas du polyphosphazène, dont l'enchaînement est constitué notamment, d'atomes de phosphore, mais aussi de groupements latéraux organiques.
Homopolymères, copolymères, terpolymères, quaterpolymères
Si les monomères sont tous identiques, le polymère est appelé homopolymère. C'est le cas de nombreux polymères synthétiques comme le polychlorure de vinyle (PVC), le polystyrène (PS) ou encore le polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Lorsque les monomères sont de natures différentes, on obtient des copolymères. D'après les règles de nomenclatures internationales, s'il y a deux types de polymères, le terme en vigueur est copolymère ou bipolymère, s'il y a trois types de monomères, il s'agit d'un terpolymère, pour quatre, ce sera quaterpolymère. Ces termes ne sont généralement usités que par des spécialistes et l'on rencontre le plus souvent le terme copolymère quel que soit le nombre de monomères différents constituant le polymère.
Structure des copolymères
L'enchaînement des différents monomères peut se faire de différentes façons.
Si nous prenons comme motifs les lettres A et B, nous pouvons avoir les enchaînements suivants :
- tribloc ABA : AAAAAAABBBBBBBAAAAAAA
Cas d'un type de copolymère naturel : les protéines
Le cas des polymères naturels est tout à fait édifiant : les protéines, par exemple, sont constituées par l'enchaînement de monomères appelés acides aminés. Dans la nature, ceux-ci sont au nombre de 20 (19 acides aminés + un acide iminé). Ces 20 monomères constituent les 20 briques de base qui conduisent à toutes les variétés de protéines (polyamides naturels) rencontrées dans la nature.
Si nous prenions un oligomère (petit polymère de quelques dizaines d'unités de répétitions) constitué de 10 monomères successifs, la probabilité de reconstituer cet oligomère par hasard serait d'une chance sur 20 puissance 10, soit une chance sur 1,024 x 10 puissance 13. Or nous sommes constitués de millions de protéines contenant elles-mêmes plusieurs milliers ou millions d'acides aminés. On imagine le travail de sélection que la nature a dû opérer avant d'aboutir aux formes de vie que l'on connaît sur terre et la précision des mécanismes biologiques pour éviter les nombreuses erreurs possibles.
Origine des propriétés des polymères - Relations structure-propriétés
La proportion relative, le nombre et la répartition des co-monomères, mais aussi la régularité ou l'irrégularité structurale d'un polymère peuvent affecter de nombreuses propriétés physiques ou physico-chimiques comme la solubilité, la flexibilité, les différentes propriétés mécaniques et rhéologiques mais aussi les propriétés de durabilité (vieillissement des polymères).
Définition du terme polymère
Le terme polymère vient du grec "polus" plusieurs et "meros" parties, ce qui signifie qu'il s'agit d'une structure ayant une architecture le plus souvent linéaire (chaîne de polymère) ou tridimensionnelle (réseau tridimensionnel) constituée par l'enchaînement covalent de plusieurs unités chimiques de répétitions ou motifs unitaires. La différence avec une grosse molécule quelconque provient de cette répétition de molécule identique ou similaire et constituante une chaîne ou une portion de chaîne.
Les monomères
Ces motifs unitaires constituant les chaînes de polymères sont issus de la réaction entre des monomères, du grec "monos" un seul ou une seule et "meros" partie. Les monomères sont généralement des entités chimiques de faibles masses molaires ou de masses molaires peu élevées. En outre, les monomères possèdent une ou plusieurs fonctions chimiques potentiellement réactives (insaturation ou cycle pour la polyaddition, fonctions dites antagonistes pour la polycondensation). Le nombre et la nature de ces fonctions permet de déterminer ce que l'on appelle la fonctionnalité du monomère, c'est-à-dire le nombre de liaisons qu'un monomère peut établir avec d'autres monomères lors de la réaction chimique appelée polymérisation.
Origines des polymères
Les monomères, comme les polymères peuvent être d'origines diverses : naturelle (bactérienne, végétale ou animale), artificielle (polymères naturels ayant subit une modification chimique) ou synthétique (polymères obtenus selon différentes voies de synthèse). Des polymères d'origines naturelles sont cependant de plus en plus obtenus par des voies bactériennes ou enzymatiques dans des réacteurs à l'instar de ceux utilisés pour produire les polymères synthétiques traditionnels.
Natures des polymères
Le squelette et les groupements latéraux de ces polymères peuvent être organiques (qui contiennent des atomes de carbone) ou inorganiques (chimie minérale). Les polymères les plus connus sont organiques. Les polymères dits inorganiques les plus connus sont des polymères ayant bien un squelette inorganique, mais le plus souvent des groupements latéraux organiques.
C'est le cas du polydiméthylsiloxane, plus connu sous le nom de silicone que l'on range dans la catégorie des polymères inorganiques uniquement à cause de son enchaînement (Si-O-Si), alors que ses groupements latéraux (-CH3) appartiennent à la chimie organique.
C'est aussi le cas du polyphosphazène, dont l'enchaînement est constitué notamment, d'atomes de phosphore, mais aussi de groupements latéraux organiques.
Homopolymères, copolymères, terpolymères, quaterpolymères
Si les monomères sont tous identiques, le polymère est appelé homopolymère. C'est le cas de nombreux polymères synthétiques comme le polychlorure de vinyle (PVC), le polystyrène (PS) ou encore le polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Lorsque les monomères sont de natures différentes, on obtient des copolymères. D'après les règles de nomenclatures internationales, s'il y a deux types de polymères, le terme en vigueur est copolymère ou bipolymère, s'il y a trois types de monomères, il s'agit d'un terpolymère, pour quatre, ce sera quaterpolymère. Ces termes ne sont généralement usités que par des spécialistes et l'on rencontre le plus souvent le terme copolymère quel que soit le nombre de monomères différents constituant le polymère.
Structure des copolymères
L'enchaînement des différents monomères peut se faire de différentes façons.
Si nous prenons comme motifs les lettres A et B, nous pouvons avoir les enchaînements suivants :
- polymère alterné (ABABABABABAB)
- polymère statistique (répartition aléatoire des monomères : ABAABABBABAAB)
- polymère à bloc ou séquencé
- tribloc ABA : AAAAAAABBBBBBBAAAAAAA
- polymère greffé ou en peigne (tronc polyA avec des chaînes latérales polyB)
Cas d'un type de copolymère naturel : les protéines
Le cas des polymères naturels est tout à fait édifiant : les protéines, par exemple, sont constituées par l'enchaînement de monomères appelés acides aminés. Dans la nature, ceux-ci sont au nombre de 20 (19 acides aminés + un acide iminé). Ces 20 monomères constituent les 20 briques de base qui conduisent à toutes les variétés de protéines (polyamides naturels) rencontrées dans la nature.
Si nous prenions un oligomère (petit polymère de quelques dizaines d'unités de répétitions) constitué de 10 monomères successifs, la probabilité de reconstituer cet oligomère par hasard serait d'une chance sur 20 puissance 10, soit une chance sur 1,024 x 10 puissance 13. Or nous sommes constitués de millions de protéines contenant elles-mêmes plusieurs milliers ou millions d'acides aminés. On imagine le travail de sélection que la nature a dû opérer avant d'aboutir aux formes de vie que l'on connaît sur terre et la précision des mécanismes biologiques pour éviter les nombreuses erreurs possibles.
Origine des propriétés des polymères - Relations structure-propriétés
La proportion relative, le nombre et la répartition des co-monomères, mais aussi la régularité ou l'irrégularité structurale d'un polymère peuvent affecter de nombreuses propriétés physiques ou physico-chimiques comme la solubilité, la flexibilité, les différentes propriétés mécaniques et rhéologiques mais aussi les propriétés de durabilité (vieillissement des polymères).
