Le caoutchouc, une matière spéciale

Il existe deux types de caoutchoucs : le caoutchouc naturel et le caoutchouc synthétique. Même s'ils ont des caractéristiques assez semblables, ils ont tous les deux leurs différences.

Où trouver des hévéas ? Dans la nature, le caoutchouc est naturellement produit avec la sève d'hévéa, des arbres que l'on peut trouver en Australie par exemple.

Son origine

Plusieurs arbres proposent naturellement une production de caoutchouc :

  • La guayule ;
  • Le caoutchouc ;
  • Le Castilla elastica ;
  • Le pissenlit de Russie ;
  • Le Funtumia elastica ;
  • L'hévéa ;
  • Le caoutchouc d'herbe.

On trouve en général ces arbres du côté des Amériques, notamment vers le Mexique.

Le latex, provenance du du caoutchouc se constitue à 70 % d'eau et de 30 % de matière sèche.

Pour la production synthétique de caoutchouc, cette dernière s'effectue de manière chimique.

Le caoutchouc naturel

Le mot caoutchouc provient de l'indien : cao (bois) et ochu (pleurer). Quand on pratique une incision (saignée) dans l'écorce de l'hévéa, un liquide laiteux (latex) s'écoule goutte à goutte, composé de 1/3 de caoutchouc et de 2/3 d'eau. Le latex est d'abord filtré puis traité par une solution acide diluée. On constate alors qu'il y a coagulation, le caoutchouc apparaît, sous forme solide, en suspension. Après laminage, les feuilles de caoutchouc sont séchées et pressées en balles, constituant la matière première utilisée dans l'industrie.

Début 2020, malgré la crise sanitaire imputable au COVID-19, la culture d'hévéas est en forte hausse dans les pays d'Afrique comme le Congo ou le Gabon. En effet, le monde se prépare à un redémarrage et les besoins en caoutchouc risquent d'augmenter fortement. Cependant, les exportations ont chuté de près de 20% avec pour cause la baisse de l'économie asiatique.
Le Gabon reste néanmoins confiant car il a de solides productions de matières premières telles que le pétrole et le manganèse qui viennent lui assurer une économie stable.

Le caoutchouc synthétique

En 1929, on réussit à fabriquer un polymère du butadiène et du styrène en présence de sodium comme catalyseur. Le polymère appelé S.B.R. (styrène -butadiène rubber) fut développé industriellement par l'Allemagne après 1930. En 1942, les Etats Unis, privés par les Japonais de leurs approvisionnements en caoutchouc naturel, développèrent la production de S.B.R. En améliorant les propriétés mécaniques de ce produit. Cet élastomère synthétique, supérieur au caoutchouc naturel, équipe actuellement l'ensemble de nos automobiles.

Un polymère est un ensemble de plusieurs molécules assemblées : les macromolécules. Il existe beaucoup de polymères, naturels ou synthétiques. C'est le cas par exemple des fibres naturelles qui composent le bois ou le papier. Côté polymères synthétiques on retrouve le plastique, le caoutchouc, la colle ou encore la résine

Caoutchouc et écologie

Que deviennent les pneus ? Jeté dans la nature, le caoutchouc ne se dégrade qu'en plusieurs milliers d'années. En effet, il peut se révéler être un puissant polluant. On peut le réutiliser dans la fabrication de certains enrobés routiers par exemple.

Le caoutchouc n'est pas un matériau recyclable, contrairement aux matières plastiques habituelles. Pour cause, il n'a toujours été trouvé aucun moyen pour lui permettre de garder ses caractéristiques.

Cependant, on peut le réutiliser pour d'autres produits comme des bitumes par exemple.

De par ses caractéristiques et sa biodégradabilité limitée, le caoutchouc jeté dans la nature peut être considéré comme un matériau écotoxique.

 On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

Produire le caoutchouc

Une fois extrait, le caoutchouc et séché pour en éliminer l'eau. Il est ensuite pressé. Maintenant, il faut lui apporter d'autres molécules telles que du zinc, du soufre, du carbone ou encore de la silice. Pour finir, les des polymères synthétiques sont ajoutés afin de lui conférer des propriétés élastiques.

Ensuite vient alors la partie de la vulcanisation. Cette dernière consiste à donner au caoutchouc sa structure indéformable et son élasticité. La vulcanisation est une opération chimique qui va lier les chaînes de polymères des ponts sulfure. De l'oxyde de zinc est intégré en guise de catalyseur.

Les usages du caoutchouc

De nos jours, nous consommons plus de 22 mégatonnes de caoutchouc. Sur ces 22 mégatonnes, 9 mégatonnes sont du caoutchouc d'origine naturelle.

Environ 70 % de la production part directement dans la fabrication de pneus.

Ensuite viennent les productions pour l'industrie : des gaînes, des courroies, etc.

Le gazon synthétique pour les sports de raquettes par exemple utilise du caoutchouc dans sa fabrication.

Ensuite, en médecine, le latex est très souvent utilisé pour les gants jetables. Cependant, il peut causer des allergies aux protéines de l'hévéa.

A quoi sert le caoutchouc ? Si son usage le plus connu est la fabrication de pneus automobiles, le caoutchouc peut se retrouver dans d'autres matériaux tels que les revêtements de piscine ou encore les chaussures. En réalité, il peut avoir des applications sur tout objet qui aura besoin d'étanchéité et d'étirabilité.

Exercices d'application

Exercice 1

1. Sous quel état se trouve le caoutchouc dans le latex qui s'écoule des saignées de l'hévéa ?

Dans le latex qui s'écoule des saignées de l'hévéa, le caoutchouc se trouve sous l'état liquide, mélangé avec l'eau.

2. Que faut il faire pour que le latex coagule ? Qu'obtient on après coagulation ?

Afin que le latex coagule, il faut le filtrer, puis le traiter dans une solution acide diluée. Le caoutchouc apparaîtra sous forme de solide en suspension.

3. Qu'est ce que le laminage ? Qu'obtient on après le laminage ?

Le Laminage est un procédé de fabrication, par déformation plastique ( Il concerne généralement les matériaux sous forme pâteuse tel le papier ou les pâtes alimentaires et éventuellement certains métaux ). Cette déformation est obtenue par compression continue au passage entre deux cylindres, tournant dans des sens opposés appelé laminoir. Cette technique a pour but de réduire, l'épaisseur d'un matériau, soit, par conséquent, de la choisir.

Ainsi, après le laminage, nous obtiendrons une réduction de l'épaisseur initiale du Caoutchouc entrant dans la machine ( Ici, des feuilles de Caoutchouc ).

4. Pourquoi les industriels fabriquent ils du caoutchouc de synthèse ? Donner plusieurs raisons.

Les industriels fabriquent principalement du caoutchouc de synthèse car :

  • Le caoutchouc naturel, est une matière première qui risque de s'épuiser ;
  • Le caoutchouc synthétique présente des propriétés mécaniques supérieurs à celles du caoutchouc naturels.

5. Rechercher une ou plusieurs propriétés mécaniques concernant le caoutchouc.

Le caoutchouc est dotés de nombreuses propriétés mécaniques :

  • C'est un matériau incompressible ( Il ne change pas de volume ) ;
  • C'est un matériau élastique, c'est à dire qu'il peut se déformer sous contrainte et reprendre sa dimension initiale, lorsque cesse cette contrainte. De plus, c'est l'un des seuls matériaux à pouvoir s'allonger couramment jusqu'à 500%, voir 1 000% dans certains cas ! ( On parle alors d'hyper-élasticité ) ;
  • C'est un matériau imperméable à l'air, aux gaz et à l'eau ( Il est étanche ) ;
  • Il a également une grande capacité à filtrer le bruit ou les vibrations et à amortir les chocs ;
  • En outre, il est relativement résistant aux hautes et basses températures, après vulcanisation ( Ajout de souffre en le chauffant ).

7. Citer quelques exemples

On constate que la production mondiale du caoutchouc synthétique se développe à partir de 1938 ( Obligation des Américains de le développer suite aux non-approvisionnements des Japonais ) et augmente considérablement dans les années 1960 ( Début de l'automobile ). Quant au caoutchouc naturel, sa production augmente légèrement chaque année.

8. L'intérêt de cet exercice réside dans plusieurs points :

  • Une connaissance plus développée sur le Caoutchouc ;
  • Le traitement d'informations, à l'aide de textes. La recherche de données sur différents supports afin de répondre correctement et d'approfondir ses réponses ;
  • La réalisation d'un schéma à partir d'un tableau.

Exercice 2 (type BAC)

L’hévéa (Hevea brasiliensis) est une espèce d’arbres de la famille des Euphorbiaceae. On en extrait un latex qui est utilisé pour être transformé en caoutchouc.

On cherche à expliquer comment l’Hévéa peut produire des molécules de caoutchouc.

Pourquoi protéger la nature ? Bon nombre de matériaux ou de produits que l'on utilise peuvent être produits de manière naturelle. C'est une des raisons pour lesquelles il est important de protéger la nature afin d'éviter de perdre ces matières premières primordiales.

Matériel expérimental : montage d’une feuille d’Elodée au microscope.

Document 1 : électronographie d’une coupe dans l’écorce (non chlorophyllienne) d’un hévéa.

Les cellules laticifères possèdent une enzyme particulière : la rubber-transférase-REF.

Document 1 : électronographie d’une coupe dans l’écorce (non chlorophyllienne) d’un hévéa.

Étapes simplifiées de la synthèse du caoutchouc :

Document 2 : Suivi de molécules organiques dans les cellules chlorophylliennes d’Hévéa.

Des cellules chlorophylliennes extraites des feuilles d’hévéa sont éclairées et alimentées en CO2 marqué au carbone 14 pendant un temps très bref. Puis elles reçoivent à nouveau du CO2 non marqué. Les tracés indiquent la quantité de carbone marqué retrouvée dans certaines molécules extraites de ces cellules.

Radioactivité liée au carbone marqué dans des molécules de feuilles chlorophylliennes d’hévéa.

Question :

A partir de vos connaissances, des informations extraites des documents fournis, et du matériel expérimental mis à votre disposition, expliquez comment l’hévéa produit des molécules de caoutchouc.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.