Caoutchouc (matériau)

Récolte du latex naturel.

Le caoutchouc est un matériau qui peut être obtenu soit par la transformation du latex sécrété par certains végétaux (par exemple, l'hévéa), soit de façon synthétique à partir de monomères issus de combustibles fossiles. Il fait partie de la famille des élastomères.

Le caoutchouc naturel (sigle NR, natural rubber) est un polyisoprénoïde. Le schéma réactionnel correspondant à la formation du NR, qui utilise la photosynthèse, est très complexe.

Historique

Peinture aztèque : offrande de balle en caoutchouc au dieu Xiuhtecuhtli.

L'histoire du caoutchouc débute bien avant la fin du XVe siècle lorsqu'à la suite des Grandes découvertes, les Européens commencent à observer, en Amérique centrale et en Amérique du Sud, l’usage séculaire que font les populations autochtones d'une matière alors inconnue en Europe. Provenant du latex issu de différentes plantes - dont l’hévéa et le guayule -, les Amérindiens confectionnent des objets courants, fabriqués par moulage sur argile : balles, toiles enduites, torches, qu'ils rendent étanches en les passant à la fumée.

Ils en consomment aussi comme médicament et l'associent aux mythes de création, de la course du monde : dans le « juego de pelota » (jeu de balle précolombien), la balle en caoutchouc (appelée « ulli de ollin » - mouvement en nahuatl - et « kik » en maya - liquide séminal), avec son rebondissement incessant, mime la course du Soleil. La matière caoutchouc devient ainsi sacrée.

Les premiers explorateurs de l'Amérique sont les premiers à porter des échantillons à l'Europe, mais ils sont relégués dans les « cabinets des curiosités », faute d'applications, car le latex :

  • est collant lorsqu'il est exposé au soleil ;
  • fond à température élevée ;
  • devient cassant à basse température ;
  • brunit et se coagule lorsqu'il est maintenu à l'air.

XVIIIe siècle

XIXe siècle

« Cylindres déchiqueteurs du caoutchouc brut ».
Grand laminoir pour réduire en feuilles les blocs de caoutchouc purifié.
  • 1811 : l'Autrichien Johann Nepomuk Reithoffer  fabrique les premiers produits en caoutchouc (tissus, lacets).
  • 1820 : l'Anglais Thomas Hancock découvre que la plasticité du caoutchouc est augmentée à la suite de son broyage (dans sa machine, le « masticator ») et son pressage, ce qui permet la mise en forme du produit ultérieurement[2].
  • 1823 : la découverte du procédé d’imperméabilisation des tissus par dissolution du caoutchouc dans un solvant (du naphte porté à ébullition) permet au chimiste écossais Charles Macintosh de confectionner les premiers imperméables. La matière brevetée prend le nom de son inventeur et devient même en Grande-Bretagne synonyme du mot « imperméable ».
  • 1835 : Charles Dietz invente un « remorqueur à chaudière » dont il garnit les roues d'une couche de liège puis de caoutchouc boulonnée sur la jante. Il invente sans le savoir l’ancêtre du pneumatique.
  • 1842 : Charles Goodyear découvre la vulcanisation, qui permet de stabiliser le caoutchouc afin qu'il résiste mieux aux écarts de température (il fond à température haute et devient cassant à température basse)[2].
  •  : l'Écossais Robert William Thomson invente la roue aérienne (le premier pneu) qui, ne s'adaptant pas aux chariots lourds, tombe dans l'oubli.
  • 1853 : l'Américain Hiram Hutchinson achète les brevets de Charles Goodyear et adapte le caoutchouc aux bottes.
  • 1854 : Hiram Hutchinson ouvre la première usine utilisant le caoutchouc en France, dans l'usine de Langlée, à Châlette-sur-Loing (Loiret).
  • 1868 : invention des pneus pleins pour vélocipèdes.
  • 1870 : apparition des premiers préservatifs à base de caoutchouc de latex.
  • 1876 : Henry Alexander Wickham rapporte du Brésil 70 000 graines d'hévéa replantées ensuite dans toutes les colonies britanniques d'Asie (notamment à Ceylan), brisant ainsi le monopole brésilien.
  • 1887 : à Belfast, le vétérinaire John Boyd Dunlop imagine un tube souple gonflé pour remplacer les pneus pleins.
  •  : John Boyd Dunlop dépose un brevet qui permet d'utiliser le caoutchouc pour la fabrication de pneus[2]. C'est la naissance du pneu à valve. L'invention des pneus (appuyée plus tard par l'explosion de la production automobile) et le succès des bicyclettes provoquent le boom de la production du caoutchouc à la fin du XIXe siècle.
  • 1892 : les frères Michelin présentent les premiers pneus démontables pour vélos et autos.

XXe siècle

Réclame Goodrich de 1923 (L'Illustration).
  • 1929 : l'Allemagne réussit à produire un copolymère de butadiène et de styrène (en présence de sodium comme catalyseur) : le styrène-butadiène (SBR).
  • 1939 : L'Allemagne et les États-Unis améliorent le caoutchouc synthétique car :
    • l'Allemagne est soumise au blocus ;
    • les États-Unis sont privés du caoutchouc naturel de l'Extrême-Orient.
  • 1946 : Michelin dépose un brevet sur le pneu radial, mieux adapté au caoutchouc naturel qu'au synthétique[3]. Quelques décennies plus tard, alors que les premières usines Michelin s'installent outre-atlantique, les États-Unis pourront regretter la fermeture d'un centre de recherche sur l'hévéa et le caoutchouc à Turrialba (Costa-Rica) lors du maccarthysme[3].
  • 1958 : entrée de la France dans la production synthétique.
  • 1980 : le guayule naturel mexicain peut être mécanisable avec un rendement supérieur à l'hévéa.

XXIe siècle

  • 2003 : Amerityre Corporation développe les pneus increvables (no-flat, air-no-air), basés sur le polyuréthane.

Modes de fabrication

Structure du cis-1,4-polyisoprène, le principal constituant du caoutchouc naturel et de certains caoutchoucs synthétiques. Le cis-polyisoprène est issu de l'isoprène et de l'isopentényl-pyrophosphate (précurseurs).

Le caoutchouc naturel provient de la coagulation du latex de plusieurs plantes, principalement de l'hévéa, Hevea brasiliensis, famille des Euphorbiacées, originaire d'Amazonie. La collecte se fait par incision de l'écorce des troncs de manière que le latex, issu des canaux laticifères, s'écoule dans des godets placés juste au-dessous. En Amazonie, c'est le travail des seringueiros. Le latex récolté est transféré dans des conteneurs, filtré et peut alors être stabilisé à l'ammoniaque (précipitation des flocons) puis pressé pour diminuer sa teneur en eau ou alors coagulé de façon plus ou moins contrôlée et séché par la fumée d'un feu (les goudrons empêchent la putréfaction) afin d'obtenir des balles de caoutchouc.

La culture de l'hévéa (appelée hévéaculture), bien qu'originaire d'Amérique du Sud, s'est développée dans le sud-est asiatique et, à une moindre échelle, en Afrique équatoriale (Nigeria, Côte d'Ivoire, Cameroun).

Plantes à latex permettant la production de caoutchouc

Plantation communale de Funtumia elastica à Benin City (1911).

La guayule pousse essentiellement au Mexique et aux sud des États-Unis. Elle a été employée au début du XXe siècle, avec un regain d'intérêt lors de la Seconde Guerre mondiale (embargo du caoutchouc asiatique). Elle n'est plus guère exploitée depuis 1950[4]. Son utilisation demande la récolte de la plante, son broyage et l'extraction des particules de caoutchouc. Le rendement est d'un peu moins d'une tonne par hectare, ce qui est inférieur de près d'un tiers à celui de l'hévéa[4].

Formulation et vulcanisation

Le caoutchouc, qu'il soit naturel ou synthétique[5], s'utilise presque exclusivement mélangé à d'autres ingrédients :

  • des charges renforçantes ou non, la principale étant le noir de carbone (d'où la couleur des produits en caoutchouc). Les charges renforçantes telles que les noirs de carbone améliorent les résistances mécanique et à l'abrasion. Si la couleur noire est à proscrire (des baskets noires seraient très résistantes, mais auraient certainement peu de succès), on utilise des charges blanches comme les silices précipitées, les argiles et les craies précipitées. La craie broyée est utilisée dans des mélanges à faible résistance et à faible coût, dans des articles tels que les butées de porte domestique ;
  • des huiles, aussi appelées plastifiants ;
  • des agents de protection : anti-UV, ignifugeants par exemple ;
  • des produits servant à la vulcanisation : soufre ou peroxyde organique, oxyde de zinc, accélérateurs, etc. ;
  • des produits divers tels que colorants ou pigments, agents gonflants.

Voir aussi Formulation d'un caoutchouc (exemple).

Utilisation

  • Industrie : le caoutchouc est aussi utilisé dans les gaines de câbles informatiques, au même titre que le polychlorure de vinyle (PVC) et le Téflon.
  • Médecine : à noter que le latex peut provoquer des « allergies au latex », du fait de la présence de plusieurs protéines issues de l'hévéa. Le caoutchouc issu de la guayule est beaucoup plus pauvre en protéines et semble néanmoins moins allergisant[4].
  • Sport : utilisation pour les revêtements de raquettes de tennis de table.
  • Divers : il a aussi été utilisé pour la conservation de la viande.

Production

Production de caoutchouc naturel (hévéa) entre 2002 et 2013[6]

Pays Production 2002 (t) % mondial Pays Production 2013 (t) % mondial Évolution (%)
1 Thaïlande 2 633 100 35 Thaïlande 3 863 000 32,3 +47
2 Indonésie 1 630 400 21,7 Indonésie 3 107 500 26 +90
3 Malaisie 890 000 11,8 Viêt-Nam 949 100 7,9 +218
4 Inde 649 400 8,6 Inde 900 000 7,5 +38
5 Chine 527 400 7 Chine 864 800 7,2 +64
6 Viêt-Nam 298 200 4 Malaisie 826 400 6,9 -7
7 Côte d'Ivoire 135 500 1,8 Côte d'Ivoire 289 600 2,4 +114
8 Nigeria 112 000 1,5 Brésil 185 700 1,6 +94
9 Libéria 109 000 1,5 Birmanie 148 000 1,2 +302
10 Brésil 95 900 1,3 Nigeria 143 500 1,2 +28
Total monde 7 518 000 100 Total monde 11 966 000 100 +63

Production de caoutchouc synthétique en 2014[7]

Pays Production (t) % mondial
Chine 4 337 000 26
UE 2 836 000 17
USA 2 336 000 14
Japon 1 835 000 11
Corée du Sud 1 668 000 10
Russie 1 668 000 10
Taiwan 667 000 4
Brésil 333 000 2
Total monde 15 680 000 94

La production mondiale de caoutchouc est supérieure à vingt-huit millions de tonnes.

Gestion des déchets

À la différence des élastomères thermoplastiques, le caoutchouc est difficilement recyclable. En effet, aucune technique n'a encore été trouvée permettant de le réutiliser en préservant toutes ses qualités.

Cependant, il peut servir à fabriquer des produits moins élastiques avec une moindre exigence de pureté comme des revêtements de sol souple et du bitume modifié plus flexible à froid et plus solide à chaud que le bitume normal. Le caoutchouc usagé est aussi utilisé comme combustible dans les cimenteries et certaines centrales thermiques[8].

De la « poudrette » à base de granules de caoutchouc recyclé, provenant notamment de pneumatiques usagés, est utilisée pour améliorer l'aspect, la souplesse et la stabilité des aires de jeu en pelouse artificielle.

Commerce

La France est nette importatrice de caoutchouc en 2014, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 2 300 €[9].

Notes et références

  1. La Condamine en envoie quelques rouleaux avec un mémoire explicatif à l'Académie des sciences de Paris où les chimistes l'étudient assidument.
  2. a, b, c et d T. Gaston-Bretton, « Charles Goodyear et la révolution du caoutchouc », Les Échos, 15 juillet 2008
  3. a et b Schoonover, T.. (2001), Review of Insatiable Appetite: The United States and the Ecological Degradation of the Tropical World, The American Historical Review, 106(5), 1757–1758, DOI:10.2307/2692758
  4. a, b et c S. Palu et D. Ploch, Du caoutchouc naturel en Europe, Pour la science, août 2010
  5. « Étanchéité, amortissement, transport – le caoutchouc synthétique fête ses 100 ans ! », un article CultureSciences-Chimie de l'École normale supérieure-DGESCO
  6. « FAOSTAT », sur faostat3.fao.org (consulté le 30 octobre 2016)
  7. « Caoutchoucs synthétiques, … », sur www.societechimiquedefrance.fr (consulté le 27 octobre 2016)
  8. William Murray, « Le recyclage des pneus », 26 novembre 1996
  9. « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=40051000 (consulté le 7 août 2015)

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • A. Varichon et C. Roccella, Être Caoutchouc, Seuil, 2006.
  • Jean Marcel, Terre d'épouvante, 1905, disponible sur Gallica

Liens externes

  • Syndicat national du caoutchouc et des polymères