Thermoplastiques et recyclage

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Economiser les ressources et respecter l'environnement
Type : Exercice | Année : 2012 | Académie : Inédit
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Thermoplastiques et recyclage
 
 

Économiser les ressources et respecter l’environnement

Corrigé

35

Agir

pchT_1200_00_38C

 

Sujet inédit

Exercice • 6 points

En utilisant les documents ci-après, répondez aux questions suivantes.

1 Dans la définition des thermoplastiques donnée dans le document 1, expliquez ce que signifie « réversible ». (0,25 point)

2 Le polypropylène (PP) est le nom usuel du polypropène. (0,25 point)

Donner la représentation du monomère correspondant.

3 Les polycarbonates sont de plus en plus utilisée. (1 point)

Les polycarbonates tiennent leur nom des groupes carbonates de la chaîne principale. Ils ont comme particularité d’être très transparents et résistants. Ils sont ainsi utilisés dans les phares d’automobiles mais aussi pour fabriquer des vitres incassables de véranda ou des verres de lunettes (le polycarbonate étant bien plus léger que le verre). Il en existe plusieurs types. Nous en étudions ici particulièrement deux dont le plus courant, le polycarbonate du bisphénol A.

Polycarbonate du bisphénol A

 

Le polycarbonate du bisphénol A est produit à partir du bisphénol A et de l’acide carbonique appelé aussi carbonate d’hydrogène de formule brute H2CO3.

1. Entourer et nommer les groupes caractéristiques de la molécule de bisphénol A.

Bisphénol A

 

2. L’équation de la réaction à la base de la polymérisation est écrite ci-dessous :


 

Déterminer la molécule X.

3. S’agit-il d’une réaction d’addition ou de substitution ?

4 On a représenté ci-dessous une partie d’un autre polycarbonate, le polycarbonate d’allyle, ci-dessous : (0,5 point)


 

Ce second polycarbonate a une structure intermoléculaire qui comporte de très nombreux ponts et nœuds de réticulation comme le montre le schéma ci-après :


 

En rouge, les chaînes de polymère et, en noir, les ponts.

Ces ponts sont de plus en plus nombreux lorsque la température augmente.

En fait, l’un des deux polycarbonates, celui du bisphénole et le polycarbonate d’allyle, présentés ici est thermoplastique et l’autre est thermodurcissable.

Lequel est thermoplastique ?

5 Une commune fait appel à une entreprise de traitement et recyclage des déchets et lui donne pour mission d’améliorer la récupération des déchets plastiques sur l’ensemble d’un quartier écologique et responsable. (4 points)

On supposera par la suite que tous les industriels apposent sur leurs emballages, les logos certifiés du document 3.

Celle-ci lui propose les aménagements suivants :

  • Mettre uniquement deux bacs de récupération par habitation de la commune.
  • Faire un centre de tri sur la commune pour les déchets de recyclage « facile ».
  • Monter un projet intercommunal pour installer une usine de traitement spécialisée dans les thermoplastiques plus difficiles à traiter.

1. D’après le document 5, quelles sont les catégories qui seront traitées dans la commune et celles traitées dans la future usine intercommunale ?

2. À votre avis, pourquoi cette société ne veut mettre en place que deux bacs de récupération par habitation ? Donner deux raisons possibles.

3.Commentaire argumenté

À l’aide des documents, rédigez une lettre expliquant à chacun des habitants, ce nouveau dispositif d’optimisation du recyclage des déchets plastiques.

Dans cette lettre, vous devrez expliquer :

  • l’intérêt de votre mission ;
  • le tri que chaque habitant aura à effectuer en prenant des exemples précis afin d’être le plus clair possible.
Document 1

Le Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) est le laboratoire de référence chargé d’accompagner la collectivité dans son évolution et ses progrès, pour améliorer la compétitivité des entreprises tout en préservant un haut niveau d’exigences en matière de sécurité des consommateurs, santé publique, protection de l’environnement et maîtrise de l’énergie.

Ce laboratoire est donc concerné par le recyclage des produits courants de consommation que sont les matières plastiques.

Les documents ci-après sont issus d’une fiche technique sur les matières plastiques, plus précisément les thermoplastiques, et leur recyclage.

http://www.lne.fr/publications/guide_conception_emballages/
guide_recyclabilite_fiche_e3_mat_plast.pdf

Définition d’un thermoplastique

Le terme thermoplastique désigne les matières plastiques à base de polymères, composés de chaînes macromoléculaires (linéaires ou avec ramifications), qui deviennent fluides sous l’action de la chaleur, et se durcissent en refroidissant, et ce de manière réversible. Cette propriété confère à chaque polymère une aptitude au recyclage mécanique.

Document 2

Les plastiques thermodurcissables

La transformation d’un matériau thermodurcissable fait intervenir une polymérisation, laquelle est irréversible et conduit à un produit fini solide, généralement rigide. Ce dernier est infusible donc non transformable, ce qui empêche son recyclage.

Une fois durci, sa forme ne peut plus être modifiée, un chauffage éventuel ne permettra pas de le fondre : il n’est pas recyclable, mais on peut néanmoins l’incorporer dans d’autres matériaux comme renfort.

Les matériaux thermodurcissables sont généralement plus résistants que les matériaux thermoplastiques.

Ils sont souvent préparés par réticulation. Deux composants, dont l’un est typiquement une « résine », réagissent sous l’action de la chaleur en présence de réactifs (catalyseur et accélérateur de polymérisation). La structure tridimensionnelle (réseau) formée, stable, présente une résistance thermomécanique et chimique.

Document 3

Abréviation et numérotation des symboles des différents thermoplastiques

Afin de permettre un tri et donc un recyclage plus facile, on a mis en place une norme de symbole pour ces matières plastiques recyclables par « recyclage mécanique ». Le symbole général de ces plastiques est auquel on ajoute un numéro au centre et souvent une abréviation pour préciser précisément le plastique utilisé. Voir l’exemple du polypropylène dans le document 2.


 
Document 4

Utilisations courantes des thermoplastiques

 

Matériaux

Origines

Quelques applications du recyclage

PEHD (Polyéthylène haute densité)

PEBD (Polyéthylène basse densité)

PP (polypropylène)

Bouteilles de lait, de jus de fruit

Cubitainers de vin (5 L) – Flacons de lessives, d’adoucissants, de détergents - Films et sacs

Nouveaux flacons

Bidons

Tubes de passage câbles

Mandrins

Pièces diverses injectées

Sacs poubelles

Films agricoles

PET (Polyéthylène téréphtalate)

Bouteilles :

d’eau minérale et de source – BRSA (Boissons rafraîchissantes sans alcool) – Bière – Vin – Cidre – Vinaigre

Détergents

Fibre de rembourrage

Fibre non tissée (filtre…)

Fibre tissée ou tricotée

Emballages rigides

Feuillards

Bouteilles

Pièces diverses injectées

PSE (Polystyrène expansé)

Emballage PSE : barquette, caisse, calage

Nouveaux emballages PSE

Plaques d’isolation ou de protection

Particules de calage

Dos de boîtiers CD et autres pièces plastiques

Béton allégé

 
Document 5

Aptitude au recyclage

Tous les objets ne sont pas faciles à recycler. Il y a de nombreux paramètres à prendre en compte. Il faut tenir compte par exemple :

  • du matériau lui-même : si le polymère est pur ou mélangé avec d’autres polymères ou d’autres espèces comme les métaux ;
  • si l’objet est fait en un bloc ou par assemblage de plusieurs parties (construction) ;
  • s’il contient des joints ou encore de la colle.

Le tableau ci-dessous recense différentes catégories d’objets et donne leur « aptitude au recyclage »

Cette aptitude au recyclage est évaluée sur quatre catégories, du recyclage le plus simple à effectuer au recyclage de plus en plus spécialisé :

Catégorie 1 : recyclage standard

Catégorie 2 : recyclage couramment pratiqué avec un procédé adapté

Catégorie 3 : circuit de recyclage spécialisé ou renforcé

Catégorie 4 : recyclage très spécifique (contacter la filière de production)


 

Notions et compétences en jeu

Connaître la nomenclature des molécules organiques (alcane, alcool, aldéhyde…) • Revenir sur les termes polymère, monomère, motif • Savoir différencier polycondensation et polyaddition.

Les conseils du correcteur

53. Bien définir le but de la lettre et les éléments à utiliser dans les documents.

Les éléments de correction et de notation de ce commentaire argumenté sont :

  • la problématique : Il faut énoncer clairement l’intérêt d’une utilisation raisonnée des ressources naturelles donc l’intérêt du recyclage.

Utilisation des éléments scientifiques et techniques issus des documents 3, 4 et 5.

Marquage des thermoplastiques ; choix pertinents des exemples pris pour le remplissage des bacs ; explication de la complexité des emballages.

  • les éléments culturels : Se servir correctement des notions de protection de l’environnement, de gestion des ressources naturelles, d’économie d’énergie et des ressources.
  • l’expression écrite : Qualité du texte (respect de l’émetteur et du destinataire ; respect de la forme d’expression attendue…), qualité de la rédaction.
Corrigé

1 Tirer une information d’un document

Le texte dit « …matières plastiques à base de polymères (…) qui deviennent fluides sous l’action de la chaleur, et durcissent en refroidissant, et ce de manière réversible. » Cela signifie que le processus de durcissement lors du refroidissement n’est pas bloqué après ce dernier et que l’action de la chaleur sur ces matériaux les ramollira de nouveau. Ni le durcissement, ni le ramollissement ne sont définitifs.

2 Écriture d’un monomère

Le « polypropène » est un polymère venant du propène, alcène linéaire à trois atomes de carbone.


 

Le monomère est donc le propène.

3 Réaction de substitution

 

Remarque

Ici le groupe est lié à un carbone pris dans un cycle benzénique. On appelle souvent cet ensemble un groupe phénol. Les phénols font partie des alcools.

Le groupe phénol est hors programme.

1. Ce sont des groupes hydroxyles, caractéristiques de la famille des alcools :


 
 

Remarque

Cette réaction est donc une déshydratation (perte d’une molécule d’eau).

2. La molécule X est une molécule d’eau car elle est constituée de la « réunion » d’un groupe OH et d’un groupe H « perdus » par chacune des molécules pendant la réaction.

 

Info

Une condensation peut s’effectuer à partir de deux molécules, ici elle se fait à partir de deux parties différentes de deux molécules identiques.

3. Il s’agit d’une substitution car de l’eau est formée et il n’y a pas ouverture d’une double liaison mais une liaison covalente se forme à partir de deux atomes plus ou moins éloignés de la même molécule.

4 Étudier le processus de réticulation

Les ponts de réticulation qui deviennent de plus en plus nombreux lorsque la chaleur augmente ne sont pas compatibles avec la propriété de thermoplasticité. Ces liaisons intermoléculaires augmentent la rigidité du matériau et sont définitives. Le polymère possédant des ponts de réticulation est donc thermodurcissable. Le polycarbonate thermoplastique est donc le polycarbonate du bisphénol A.

5 Utilisation et compréhension des documents -
Commentaire argumenté

1. Les catégories 1 et 2 correspondent à des thermoplastiques de recyclage « standard » et « couramment pratiqué », donc ils ne nécessitent pas de chaîne de recyclage particulière ni de dispositif spécifique. En revanche, les catégories 3 et 4 sont des thermoplastiques pour lesquels le circuit de recyclage est spécialisé ou très spécifique. Il faudra, par conséquent, mettre en place deux filières très différentes pour traiter ces plastiques.

2. Il est vrai que d’après le document 5, nous aurions pu nous attendre à avoir quatre bacs de récupération différents puisqu’il y a au final quatre catégories distinctes de thermoplastiques. L’entreprise choisit pourtant de n’en mettre que deux. Il y a ici une volonté, ou une nécessité de ne pas multiplier les bacs de récupération. Il y a deux raisons possibles à ce choix.

L’installation de deux fois plus de conteneurs nécessite deux fois plus de place et les locaux pour poubelles des immeubles ne sont pas forcément tous assez grands (c’est aussi le cas pour les maisons).

 

Remarque

N’hésitez pas à développer : vous devez toujours justifier vos réponses.

Un tri simple (deux catégories) mais bien fait est préférable à un tri plus poussé mais complexe (quatre catégories) souvent mal fait. En effet, installer quatre bacs signifie que le tri dans ces bacs devient très contraignant pour les habitants : ils doivent davantage réfléchir lorsqu’ils jettent un objet. Le résultat en est que le tri est souvent mal fait. Ce système de tri est donc contre-productif et mal vécu par les habitants.

3. Exemple de commentaire argumenté

Madame, Monsieur,

Je viens à vous pour vous présenter le nouveau projet dans lequel se lance votre commune. Ce projet a, en effet, été initié par votre maire et validé par l’ensemble du conseil municipal, il y a deux mois.

Ce projet nous concerne tous car il s’agit du recyclage efficace de nos déchets.

Vous n’êtes pas sans savoir qu’actuellement votre commune se débarrasse de tous ses déchets de façon non différenciée : vous n’avez qu’une seule poubelle et l’ensemble de celles-ci part à la décharge et dans un centre non spécialisé. Il est vrai que cela a un avantage, pour vous, comme pour la commune : celui de ne pas se soucier de ce que l’on jette.

Cependant, cet avantage ne compense pas les inconvénients : jeter des produits qui peuvent être recyclés est une perte de matière première et d’énergie. En effet, dans toutes vos poubelles, il y a des plastiques que l’on nomme « thermoplastiques » et tous sont récupérables et recyclables : nous pouvons nous en resservir pour en faire d’autres objets et ainsi ne pas gaspiller !

Notre but est donc double :

  • Ne pas perdre cette matière plastique réutilisable.
  • Ne pas perdre l’énergie qui a été mise en œuvre pour fabriquer ces plastiques : fabriquer un objet à partir de plastique recyclé dépense moins d’énergie que de le fabriquer à partir des matières initiales.

Grâce à ce nouveau projet, votre commune contribuera activement à une meilleure gestion des ressources naturelles. En recyclant davantage, nous allongeons la durée de vie des objets de notre quotidien et ainsi préservons mieux les ressources de notre planète.

Vous vous demandez certainement maintenant quel sera votre rôle dans tout ceci. Il est primordial et essentiel, car vous êtes placé au début de la chaîne.

Bien sûr, nous n’allons pas vous demander de trier vos déchets par plastiques différents (il en existe plus d’une cinquantaine !) ni d’utiliser cinq, six, dix poubelles différentes pour que nous puissions rapidement nous en occuper. Nous comprenons, bien sûr, que le tri de vos déchets soit une contrainte. C’est pourquoi nous l’avons minimisé : deux bacs ou deux poubelles de recyclage de matières thermoplastiques vous seront distribuées très prochainement. L’un sera jaune et l’autre sera bleu.

Comment bien effectuer le tri des matières thermoplastiques ?

1) Sélectionner les matières thermoplastiques, c’est facile !

Les fabricants mettent un logo reconnaissable sur tous les emballages thermoplastiques. C’est le logo ci-dessous :


 

Il y aura souvent un chiffre à l’intérieur et un symbole en dessous, ce sont des indications pour nous dire quel est ce plastique.

Par exemple, est le polypropylène.

2) Savoir dans quel bac mettre ce déchet.

Il faut comprendre que la plupart des emballages sont composés de plusieurs parties (bouchons, étiquettes, opercule, joint…) donc souvent de plusieurs plastiques. Si vous pouvez les séparer, faites-le. Votre tri en sera simplifié.

Nous vous avons mis, ci-dessous, les « règles » pour bien choisir le bac lorsque vous jeterez un thermoplastique :

Le bac jaune

  • S’il n’y a qu’un seul et même plastique pour tout l’objet (bouteille sans étiquette ni bouchon, film alimentaire, sac…).

Si l’objet est facilement séparable en différentes parties (bouteille avec bouchon simple).

Le bac bleu

  • S’il s’agit d’un objet complexe ayant des parties que vous n’arrivez pas à séparer les unes des autres (bouchon avec un joint collé, spray ou pistolet lave-vitre…).
  • Si vous voyez du métal collé au papier (papier aluminisé, opercule de bouteille…).

Vous voyez, ce n’est pas compliqué ! Vos enfants peuvent tout à fait le faire donc n’hésitez pas à leur apprendre ces gestes.

Nous poserons, de plus, sur chacun des deux bacs des photos et dessins des objets les plus courants pour vous aider visuellement à choisir le bac de remplissage.

Ce premier tri nous aidera à acheminer les deux types de thermoplastiques dans le centre de traitement adapté et ainsi permettre un recyclage efficace de tous ces déchets.

Ces économies d’énergie et de matières sont essentielles pour progresser dans notre protection de l’environnement et votre engagement dans cette démarche nous est précieux.

J’espère ne pas vous avoir importuné, Madame, Monsieur, par un exposé un peu technique, et j’espère surtout que vous comprenez maintenant mieux cette décision du conseil municipal et l’avancée écologique de votre commune vers une meilleure gestion de ses déchets.

 

Remarque

Bien sûr, il ne s’agit que d’un exemple de réponse.

Je vous remercie par avance, Madame, Monsieur, pour les efforts que vous ferez dans cette entreprise.