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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites A 3 000 − 1 Plastiques et Composites Introduction par Michel CHATAIN Ingénieur de l’Institut industriel du Nord (IDN) Docteur ès sciences physiques Directeur du traité Plastiques et Composites ille tonnes fabriquées en France en 1905, 10 000 en 1939, 100 000 en 1955, 1 million en 1968, 2,6 millions en 1978, 3,3 millions en 1984, 4,3 millions en 1992, plus de 5 millions en 1995, c’est-à-dire plus que tous les métaux non ferreux réunis, l’acier étant dépassé en volume depuis longtemps, les plastiques ont connu avant le premier choc pétrolier (1974) l’une des plus fortes progres- sions industrielles (15 à 16 % par an). Depuis, la consommation et sa progres- sion se maintiennent à un niveau élevé, qui amène les ingénieurs à s’intéresser maintenant aux matières plastiques au moins autant qu’aux autres matériaux. Les grandes sociétés chimiques les fabriquent. Les entreprises, petites, moyennes ou grandes, qui les mettent en œuvre ou les utilisent, ont des pré- occupations généralement très éloignées de celles de la chimie. En d’autres termes, plus de cinq millions de tonnes de matières plastiques, produites ou formulées en France par quelques dizaines de milliers de chimistes, sont contrôlées, utilisées, transformées en objets ﬁnis ou en demi-produits par plu- sieurs centaines de milliers de mécaniciens, avec des machines construites par des mécaniciens aidés d’électroniciens et d’informaticiens. On observe donc le développement parallèle de deux mondes, séparés par leurs préoccupations scientiﬁques et techniques, leurs habitudes industrielles et leurs impératifs économiques, unis par contre par un même langage, une communauté d’intérêt et la pression des mêmes organismes prescripteurs. À l’intérieur du premier groupe, les polymères, tenus en grande suspicion à la ﬁn du siècle dernier à cause de leur absence de caractéristiques physiques déﬁnies, ont gagné, grâce aux efforts de chercheurs comme Carothers, Champetier, Houwink, Mark, Staudinger, le droit d’être considérés comme des espèces chimiques identiﬁées, faisant partie d’une science en pleine expansion. L’enseignement dans les écoles de chimie comporte toujours maintenant un cours de chimie et de physique macromoléculaires. Cette reconnaissance de la science des polymères a été consacrée par plusieurs distinctions prestigieuses : — le prix Ford (spécialité physique macromoléculaire) de la Société améri- caine de physique qui a été attribué à trois chercheurs français : Henri Benoît en 1978, Pierre-Gilles de Gennes en 1982 et André Kovacs en 1986 pour son rôle de pionnier dans l’étude de la recouvrance structurale du verre [cette recherche commencée au Centre d’étude des matières plastiques (CEMP) a été poursuivie au Centre de recherche sur les macromolécules (CRM) de Strasbourg] ; — des prix Nobel qui ont plusieurs fois traduit l’intérêt et l’estime avec lesquels ont été considérés les efforts des chimistes Ziegler et Natta, ceux du physico-chimiste Flory et plus récemment (1991) ceux de Pierre-Gilles de Gennes. Dans le second groupe, les transformateurs, les concepteurs et les technico- commerciaux ont dû lutter pendant de nombreuses années contre les préjugés qui attribuaient à l’ensemble des plastiques les défauts rencontrés avec des matériaux inadaptés ou mal utilisés. On évitait alors pudiquement de les M PLASTIQUES ET COMPOSITES ____________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. A 3 000 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites présenter comme des plastiques ou on les baptisait des noms qui paraissaient alors les plus valorisants. Actuellement, les plastiques et les composites à matrice organique ont per- mis tant de prouesses techniques en aéronautique et en sport de compétition que le mot « plastique » a maintenant des vertus promotionnelles et que les présentateurs n’hésitent plus à préciser la nature exacte des matériaux : « cette pièce est en ABS », « cet objet est en polypropylène ». La littérature qui expose les méthodes d’analyse des polymères, les cinétiques des réactions qui permettent de les fabriquer, leurs modiﬁcations photo ou radiochimiques, leurs caractéristiques structurales, leur conﬁguration, est très abondante. Les ouvrages, les traités, les revues, les brevets qui concernent la chimie macromoléculaire sont nombreux. Les publications relatives à la plasturgie, c’est-à-dire à l’ensemble des sciences et des techniques qui se rapportent à la mise en œuvre, aux propriétés et à l’uti- lisation des plastiques, sont plus rares, en particulier en langue française. Les articles, écrits en 1963 sous la direction du Professeur Dubois dans les TECHNIQUES DE L’INGÉNIEUR, constituaient alors l’une des rares tentatives fai- tes dans ce sens. Quelques ouvrages ont été écrits depuis, qui traitent de sujets relatifs à la plasturgie. Il faut préciser cependant que la plupart des grandes écoles d’ingénieurs ont suivi l’exemple donné précocement par l’École nationale supérieure d’arts et métiers (ENSAM) et le Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) en créant un enseignement de plasturgie. On dénombre actuel- lement une vingtaine d’établissements d’enseignement répartis dans toute la France délivrant des diplômes d’études supérieures : diplômes d’ingénieurs, mastères, maîtrises ès sciences et techniques, quatre IUT, treize lycées techniques, trois centres professionnels des adultes et une trentaine de lycées professionnels (CAP , BT, BTS, bacs professionnels) plus ou moins spécialisés en plasturgie. Quelques sociétés savantes et groupements d’ingénieurs et de techniciens ont été créés et unissent de plus en plus souvent leurs efforts pour organiser conférences et colloques. Malgré ces efforts récents, cette littérature et ces enseignements sont encore relativement rares et l’on pourrait juger cette situation avec surprise ou même sévérité, la comparant, par exemple, à ce qui existe dans d’autres domaines de la science des matériaux ou dans d’autres pays (en Allemagne par exemple). En réalité, ces produits sont récents et ils évoluent très vite, de même que les techniques de leur mise en œuvre dès qu’elles concernent les fabrications de masse ; les problèmes qu’ils posent se rattachent à de nombreuses disciplines et sont très difﬁciles à traiter. En effet, les plastiques sont récents. Les métallurgistes, par exemple, ont eu des siècles pour créer leur vocabulaire, mettre au point leurs technologies, éla- borer leurs normes, imposer leurs règlements. Il sufﬁt de considérer l’évolution du tonnage des plastiques pour se convaincre que leur essor industriel en France date de la ﬁn de la guerre de 1939-45 ; il en résulte que les techniciens et les ingénieurs n’ont eu que quelques décennies pour inventer ou perfec- tionner la connaissance des matériaux et de leurs procédés de transformation. Les matériaux évoluent très vite. La crise actuelle, dans laquelle certains éco- nomistes voient le début d’une mutation technique et sociale profonde, amène les industriels à chercher dans les matériaux qu’ils emploient la solution à leurs problèmes d’économie d’énergie et de diminution des prix de revient. Elle pri- vilégie de ce fait les matériaux ayant une résistance et une rigidité spéciﬁques élevées et ceux permettant une fabrication en très grande série, entièrement automatisée, moins coûteuse. Dans cette concurrence, les plastiques occupent une position satisfaisante et se développent plus vite que l’évolution générale de l’économie ne le laisserait présager. L’exigence plus attentive des bureaux d’études impose l’optimisation des matériaux et de leurs techniques de mise en œuvre. Les producteurs, pour les y aider, diversiﬁent leurs fabrications : on assiste à l’essor des solutions de complexage, d’hybridation, à la fabrication d’alliages de matières thermoplas- ____________________________________________________________________________________________________________ PLASTIQUES ET COMPOSITES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites A 3 000 − 3 tiques différentes ou leur renforcement par des ﬁbres de verre ou de carbone plutôt qu’à la naissance de nouveaux polymères. Il en résulte donc une proli- fération très rapide des formulations disponibles, qui complique le choix opti- mal des bureaux d’études et justiﬁe l’informatisation des banques de données mises à leur disposition. Les progrès technologiques sont rapides quand les conditions économiques et industrielles sont réunies pour qu’ils se produisent. Les délais sont souvent longs entre l’étude d’un produit et de sa mise en œuvre à petite échelle, dans les laboratoires des producteurs ou dans des centres professionnels d’une part, et l’utilisation du procédé pour une fabrication industrielle de grande série d’autre part. On pourrait citer comme exemple l’étude des prémix, de l’optimi- sation de leurs formulations et de l’orientation des ﬁbres de verre au cours de leur compression ou de leur transfert par le CEMP entre 1951 et 1955 et, en collaboration avec l’ENSAM, entre 1955 et 1958, et l’utilisation industrielle de produits similaires en construction automobile de série dans les années quatre- vingt. En fait, les progrès technologiques déterminants commencent seulement quand un produit et une méthode de mise en œuvre sont confrontés aux exi- gences d’une industrie fabriquant un produit en grande série. Les délais d’adoption de la méthode sont dus à la nécessité de prévoir des investissements lourds, d’abandonner des solutions qui ont fait leurs preuves, de vaincre les réticences des personnes ayant le pouvoir de décision, donc la responsabilité du choix, ou celles des consommateurs. L’adoption de produits nouveaux résulte généralement de l’évolution du contexte économique qui rend concurrentiels des matériaux ou uploads/Industriel/ plastiques-et-composites-introduction-pdf.pdf