Olympiades de la Chimie, Centre de Pau – Concours 2007 Page 1/8

XXIIIèmes Olympiades de la Chimie

Concours 2007 des classes de terminale

Numéro de candidat

CORRECTION

« Chimie, transport et développement durable »

Questions sur les conférences (I)

Durée : 1h001. Les polymères et leur recyclage ...........................................................................................................2

2. Les pneumatiques ................................................................................................................................7

Union des Industries Chimiques

Olympiades de la Chimie

Centre de Pau

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1. Les polymères et leur recyclage

Généralités sur les polymères

1.1. D’où provient la majorité des matières plastiques ?

[1] Les matières plastiques sont des matériaux synthétiques, pour la plupart dérivés du

pétrole.

1.2. Les plastiques sont qualifiés de matériaux organiques. Que contiennent-ils comme atome ?

[1] Les plastiques sont des matériaux organiques, ils contiennent donc toujours l'élément

carbone et, très souvent, l'élément hydrogène.

[1] Certains comportent aussi les éléments oxygène, azote, chlore et fluor.

1.3. Qu’est-ce qu’une macromolécule ? De quoi est-elle constituée ?

[1] Les macromolécules sont constituées par la répétition, un très grand nombre de fois,

d'une petite unité structurale appelée monomère ou motif.

1.4. Comment appelle-t-on le nombre moyen de motif d’un polymère ?

Le nombre moyen de motifs que comportent les macromolécules d'un polymère s'appelle

degré ou indice de polymérisation de ce polymère.

1.5. Quels sont les deux grands types de réactions permettant de synthétiser des polymères ?

[1] Les réactions de polyaddition donnant par exemple les polyéthylène, polystyrène,

polypropylène...

[1] Les réactions de polycondensation conduisant aux polyesters, polyamides, polyuréthanes,

phénoplastes, aminoplastes...

Reconnaissance des matières plastiques

1.6. Quel gaz est systématiquement produit lors de la combustion d’un plastique ?

[1] La combustion des plastiques produit toujours du dioxyde de carbone.

[1] Des gaz toxiques pouvant aussi être produits, il est toujours déconseillé de brûler des

plastiques inconnus.

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1.7. Quels tests simples permettent d’identifier :

- un thermoplastique ?

[1] Légèrement chauffés, les thermoplastiques ramollissent ou fondent.

- un thermodurcissable ?

[1] Légèrement chauffés, les thermodurcissables restent rigides, ils ne fondent pas.

- un élastomère ?

[1] Les élastomères ont des propriétés d'élasticité : ils s’étirent facilement sans se rompre

de suite.

1.8. Citer au moins deux polymères que l’on rencontre sur un skieur :

- Dans les vêtements :[1] Les polyamides (PA).

- Casque et lunettes de protection :[3] Polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polyacrylonitrilebutadiène-

styrène (ABS), mousse de polyuréthane (PU), polychlorure de vinyle (PVC).

- Dans les chaussures :[3] Polypropylène (PP), polystyrène (PS), polyuréthane (PU).

- Dans les skis :[3] Polyéthylène (PE), polyacétal (POM), résines phénoliques, composite verre-polyépoxyde

(EP), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) (Téflon®), ABS et PU.

1.9. Quel est le nom du test permettant la détection de chlore dans un polymère ?

[1] Test de Belstein.

1.10. Comment ce test est-il mis en œuvre ?

[1] Chauffage au rouge d’un fil de cuivre décapé, que l’on met en contact avec le polymère,

puis passée dans une flamme : flamme verte = présence de chlore.

1.11. La vapeur de combustion d’un polymère fait virer au rouge un bout de papier pH humide ; qu’en

déduire ?

La vapeur est acide : il s’agit probablement d’HCl, le polymère contient du chlore.

1.12. Le papier pH vire au bleu, qu’en déduire ?

La vapeur est basique : il s’agit probablement d’un polyamide.

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Réaction de polyaddition

1.13. En quoi consiste une réaction de polyaddition ? Quel type de fonction doit posséder un

monomère pour subir une polyaddition ?

[1] La polyaddition consiste en l'addition, les unes à la suite des autres, d'un grand nombre

de molécules identiques appelées monomères. Les monomères comportent toujours au moins

une double liaison C=C.

[1] Lors de la polyaddition, il y a ouverture des doubles liaisons et formation de liaisons

simples entre les atomes de carbone.

1.14. Donner l’équation bilan de la synthèse du polyéthylène :

[1]

H

H

H

H

H

H

H

H

* *

n

n

1.15. Quels sont les deux types de polyéthylène, les conditions industrielles de leur fabrication et leurs

usages ?

[1] Le polyéthylène basse densité (PELD) [1] obtenu à 180°C et sous haute pression (2000

bar environ) : [1] certains emballages de produits d'entretien, boites pur nourriture, ficelles,

cordes, bandes de protection latérales pour voitures…

[1] Le polyéthylène haute densité (PEHD) [1] obtenu à 60°C et sous basse pression (10 à 30

bar) : [1] sacs poubelle, jouets, pochettes transparentes…

1.16. Donner l’équation bilan de la synthèse du PVC :

[1]

Cl

H

H

H

Cl

H

H

H

* *

n

n

1.17. Donner quelques applications courantes du PVC :

[2] Le PVC rigide et le PVC souple dont les applications sont très diverses : bouteille d'eau

minérale, isolant de fils électriques, gaines, gouttières, canalisations, tuyaux…

1.18. Donner l’équation bilan de la synthèse du polystyrène :

[1]

C6H5

H

H

H

C6H5

H

H

H

* *

n

n

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1.19. Donner quelques usages du PS :

[2] Non modifié, le polystyrène est une matière plastique rigide et transparente : c'est le

polystyrène cristal ou standard. Verre en "plastique", pinces à linge, gobelets..

1.20. Comment obtient-on le polystyrène expansé ? Donner quelques utilisations.

[2] Par injection de pentane C5H12 dans du polystyrène liquide, il se forme des microbilles

contenant du pentane liquide ; chauffé, celui-ci se vaporise et gonfle les billes : on obtient du

polystyrène expansé. [2] Utilisations : emballage, isolation thermique ou acoustique…

Le recyclage

1.21. Citer quelques avantages des matières plastiques et quelques inconvénients :

[2] Les principaux avantages des matières plastiques : longue durée de vie, faible

dégradabilité faible densité et grande diversité d'utilisation.

[2] Ils deviennent des inconvénients lorsque ces produits, ayant rempli leurs fonctions,

deviennent des déchets : légers, ils sont facilement emportés par le vent ou les rivières ;

résistants, ils créent une pollution relativement durable ; très divers et dispersés, ils sont

difficiles à collecter et à trier en vue d'un recyclage.

1.22. Quels sont les deux modes principaux d’ « élimination » des matières plastiques ?

[2] Les deux principaux modes d'élimination des matières plastiques sont l'incinération et le

recyclage.

1.23. Quel traitement réalise-t-on sur les fumées issues de la combustion des plastiques ?

[1] La plupart des usines d'incinération sont équipées d'installations de lavage des fumées

destinées à capter l'essentiel de ces polluants.

[1] Ainsi par des lavages basiques on peut neutraliser 90% du chlorure d'hydrogène, les

oxydes de soufre et le cyanure d'hydrogène.

1.24. Quelle grande famille de polymère est facilement recyclable ?

[1] Ce sont les thermoplastiques : une fois triés, ils peuvent être fondus et à nouveau mis en

forme pour une nouvelle utilisation.

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[1] Si le tri a été très strict, le nouveau produit aura les mêmes qualités que le plastique

initial et pourra assurer les mêmes usages à 1a seule exception de l'emballage alimentaire qui

exige des matériaux neufs (non recyclés).

[1] Les thermodurcissables ne peuvent bien sûr pas être refondus, mais, après broyage, ils

peuvent être utilisés comme charge dans de nouveaux plastiques.

[1] Les élastomères (essentiellement le caoutchouc des pneumatiques) sont recyclables dans

les revêtements routiers.

1.25. Est-il possible de réaliser une dépolymérisation ? Quel avantage cela présente-il ?

[3] Certains plastiques, comme le polystyrène, le polyméthacrylate de méthyle et les

polyuréthanes (mousses des sièges de voiture) peuvent être dépolymérisés ; les monomères

sont alors repolymérisables.

1.26. Qu’est-ce qu’un « biopolymère » ?

Un polymère biodégradable (compostable), biofragmentable.

1.27. Citer des exemples de biopolymères :

Polymères à base d’amidon de maïs (sacs poubelles, films de paillage agricole),

polyhydroxybutyrate et les polyglycolates (fils de suture).

1.28. Citer des polymères d’origine naturelle :

- [1] La cellulose, la lignite, issus du bois et des végétaux…

- [1] L’ADN et les protéines, présents dans tous végétaux et animaux…

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2. Les pneumatiques

2.1. En quelle année a-t-on vu du caoutchouc pour la première fois en France ? Grâce à qui ?

[1] En 1736, plusieurs rouleau ont été importés de la vallée amazonienne.

[1] C’est Charles de La Condamine qui l’a importé.

2.2. De quel arbre est extrait le caoutchouc ?

[1] Il est tiré de la sève de l’hévéa, dans lequel il est présent sous forme de suspension

colloïdale.

2.3. Quel(s) additif(s) ajoute-t-on au caoutchouc pour lui donner plus de souplesse ?

[2] Des produits à base de pétrole, des huiles ou des graisses, des goudrons de pin ou des

acides gras.

2.4. Quels sont le nom et la formule développée du monomère à la base du caoutchouc ?

[1] C’est l’isoprène (ou 2-méthylbuta-1,3-diène)

[1]

2.5. Comment s’appelle la réaction chimique consistant à faire réagir du soufre avec le caoutchouc ?

[1] La vulcanisation.

2.6. Quelles propriétés intéressantes obtient le caoutchouc après cette réaction ?

[2] Le caoutchouc devient flexible, résistant à l’abrasion.

2.7. Qui a fait cette découverte et en quelle année ?

[2] Charles Goodyear, en 1839.

2.8. Quel autre polymère, dont l’acronyme est « SBR », est utilisé dans la fabrication des pneus ?

[1] Copolymère butadiène-styrène.

2.9. Qui a inventé le pneu en caoutchouc ?

[1] John Dunlop, en 1887.

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2.10. Donner six causes possibles d’usure d’un pneumatique

[6] Le froid, une mauvaise route, les virages de montagne, la vitesse, un mauvais gonflage, les

fortes accélérations et freinages, les surcharges, des amortisseurs usés, un mauvais

équilibrage, des roues mal parallélisées, les attaques par solvants chimiques.

2.11. Nommer les différentes parties d’un pneu :

(1) Feuille de caoutchouc synthétique

(2) La nappe-carcasse

(3) Le bourrage zone basse

(4) Les tringles

(5) Les flancs

(6) La nappe-sommet

(7) Les nappes de ceinture

(8) La bande de roulement

2.12. Quel est l’équivalent pétrole (au point de vue énergétique) d’une tonne de pneus brûlés ?

[1] 1 tonne de pneus équivaut à 0,7 tep.

2.13. Dans quelles industries brûle-t-on les pneus ?

[2] Les cimenteries (en France), les centrales thermiques (USA, Japon)

2.14. Qu’est-ce que le rechapage ?

[1] Un procédé qui consiste à remplacer la bande de roulement usée par une bande neuve.

2.15. Autrement que par combustion et rechapage, comment peut être utilisé le caoutchouc usé ?

[4] Entier ou découpé de façon plus ou moins fine, le caoutchouc est utilisé en couche de

drainage, bassin de rétention, remblais de routes, sols de terrains sportifs ou de jeux,

roulettes de caddies ou poubelles.

Fin de partie (I)