une variété de contenants en polystyrène

Une variété de contenants en polystyrène (smartboy10, iStockphoto)

Les STIM en contexte

Polystyrène : Les avantages, les inconvénients, la chimie

Parlons sciences et Seth Gilchrist

Résumé

Découvre la chimie derrière ce plastique des plus utiles. Pourquoi est-ce que le recyclage du polystyrène est difficile et finit habituellement en déchet solide?

Voici une devinette : quel matériau peux-tu trouver dans une épicerie, dans un magasin de musique, sous les routes et dans les hôpitaux? Donnes-tu ta langue au chat? La réponse est le polystyrène! Oui, le polystyrène est partout : en forme expansée (mousse), il est utilisé comme matière de base dans la fabrication de glacières, pour la construction de routes, et pour l’emballage de presque tous les articles des ordinateurs aux aliments; la forme la plus courante et la plus connue du polystyrène est appelée styromousse. Sous sa forme compacte, le polystyrène est utilisé dans la fabrication d’objets tels que des bouteilles, des couverts jetables, des jouets, des pièces de voiture et de nombreux autres objets que nous utilisons quotidiennement.

Contenants pour aliments vides en polystyrène expansé
Contenants pour aliments vides en polystyrène expansé (Source : User2547783c_812 du site iStockphoto).

Mythes à déboulonner! 

Beaucoup de gens se réfèrent à la mousse de polystyrène comme étant de la « styromousse » ou du « Styrofoam », une marque de commerce.

Mais qu’est-ce qui rend le polystyrène si utile pour tant de différents usages? On peut répondre à cette question en observant sa composition chimique. 

Quelle est la structure chimique du polystyrène?

Le polystyrène est un plastique, qui est composé, comme son nom le suggère, de plusieurs (« poly ») styrènes. Le styrène est un petit composé organique dont la formule chimique est « C6H5CH=CH2 ». Il porte aussi le nom de « vinylbenzène », parce qu’il est formé d’un groupement fonctionnel vinyle (-CH=CH2) lié à un cycle benzénique (C6H6).

Formule topologique, formule moléculaire et modèle compact du styrène
Formule topologique, formule moléculaire et modèle compact du styrène (Sources : Sander de Jong, du site Wikimedia Commons , et Ben Mills du site Wikimedia Commons).

Le savais-tu? 

Le terme styrène vient du mot « styrax », une résine huileuse produite par les liquidambars (Liquidambar styraciflua). 

Le styrène est un liquide incolore et inodore. Quand on le chauffe, ses molécules individuelles (monomères) se lient pour former des chaînes. Ces longues répétitions de monomères s’appellent polymères

Formules topologiques longue et abrégée du polystyrène
Formules topologiques longue et abrégée du polystyrène (Source : Yikrazuul, du site Wikimedia Commons).

Quand beaucoup de chaînes de styrène sont mélangées, elles s’emmêlent et forment un solide maillage interconnecté. C’est ce qu’on appelle le polystyrène. Quand tu étais petit, as-tu déjà joué au jeu Barrel of Monkeys? Il peut servir à visualiser une chaîne polymérique. Ayant deux bras en crochet, chacun des singes du baril fait penser à une molécule de styrène. Pris seuls, ils ne font pas grand-chose. Mais quand on les accroche les un aux autres, ils forment une chaîne qui ressemble à un polymère. Puis, si vous remettez tous les singes dans le baril, ils s’emmêlent et sont plus difficiles à séparer, tout comme le polystyrène! 

Un procédé pour recycler le polystyrène (2018) par Radio-Canada Info (2 min 00 sec).

Quelles sont les propriétés du polystyrène?

Le polystyrène se trouve sous deux formes principales : solide ou de mousse. Sous forme de mousse, le polystyrène peut être expansé (PSE) ou extrudé (PSX). On se sert souvent du polystyrène expansé dans les emballages. Le polystyrène extrudé est quant à lui beaucoup utilisé pour les modèles architecturaux.

Le savais-tu? 

La styromousse a été découverte accidentellement en 1954 par le chimiste Ray McIntire de la société Dow Chemical alors qu’il tentait de produire un isolant électrique souple.

La composition chimique du polystyrène lui confère plusieurs propriétés intéressantes telles qu’un faible poids et une forte résistance. Il est facile de fabriquer des choses avec le polystyrène parce qu’il s’agit d’un matériau thermoplastique, c’est-à-dire qu’il devient complètement liquide à son point de fusion. Et quand on le refroidit, il redevient solide. Il s’agit là d’une propriété très recherchée, puisqu’on peut refaire l’opération plusieurs fois. 

Le savais-tu? 

Le point de fusion du polystyrène se situe entre 210 et 249 °C.

Le polystyrène est aussi connu pour une autre propriété particulièrement utile. Comme beaucoup d’autres plastiques, le polystyrène est très stable. Autrement dit, il déteste réagir chimiquement et il est content tel qu’il est. 

Tu peux laisser le polystyrène à l’extérieur ou tu peux l’exposer à des produits chimiques corrosifs, il restera tel que le jour où il a été fabriqué. Cette stabilité peut être une bonne chose, mais elle peut aussi entraîner certains problèmes.

Comment se débarrasse-t-on du polystyrène?

La stabilité chimique est une qualité quand vient le temps de fabriquer des produits qui doivent durer longtemps, comme les téléphones cellulaires, les emballages d’aliments et les fournitures médicales.

Mais qu’en est-il des produits qui n’ont pas besoin d’une longue durée de vie? Lorsque nous avons utilisé nos contenants, nos seringues ou nos couverts en polystyrène, que faisons-nous avec? Nous les jetons, et ils deviennent des déchets solides dans un dépotoir. Comme on l’a mentionné plus haut, le polystyrène n’aime pas les réactions chimiques. Ces articles resteront donc tels quels pour des centaines, voire des milliers d’années. 

Des produits en polystyrène se retrouvent dans de nombreux dépotoirs
Des produits en polystyrène se retrouvent dans de nombreux dépotoirs (Source : luoman du site iStockphoto).

Il est possible de recycler le polystyrène. Il faut d’abord l’envoyer dans des installations prévues à cette fin, où les morceaux sont triés, puis nettoyés. Le tout est déchiqueté en minuscules fragments qui sont ensuite chauffés jusqu’à ce qu’ils fondent et forment une pâte. Cette pâte est alors comprimée et séchée sous forme de granules ou de blocs qu’on expédie dans des usines pour en faire de nouveaux produits.  

Le savais-tu? 

Le numéro d’identification pour le recyclage du polystyrène est le « 6 ».

Malheureusement, ce procédé est difficile et coûteux. Peu de gens veulent donc recycler le polystyrène, surtout quand il se présente sous forme de mousse. La fabrication de ce matériau ne coûte presque rien. En plus, il est si léger que les transporteurs considèrent que son expédition vers des centres de recyclage n’est pas rentable. Aussi, lorsqu’on l’utilise pour contenir des aliments ou des boissons, il devient souvent trop contaminé pour être réutilisé, à cause des particules organiques qui collent à la mousse.

Les façons les plus courantes de se débarrasser du polystyrène sont de l’enfouir ou de le brûler. Si l’incinération est bien faite, elle constitue une solution efficace. Les seuls déchets qu’elle produit sont du dioxyde de carbone, de l’eau et une petite quantité de suie, soit la même chose qu’un moteur de voiture à essence.

Le dioxyde de carbone est stable et non toxique, mais il engendre des changements climatiques; il faut donc en limiter les émissions dans l’atmosphère. 

On ne s’entend pas sur la persistance du polystyrène dans l’environnement; les chercheurs pensent qu’il pourrait y demeurer presque intact de 500 ans à une durée presque infinie. Il importe donc de réutiliser autant de produits en polystyrène que possible. Il serait également essentiel de réduire la quantité que nous utilisons au départ.
 

Le savais-tu? 

Chaque année, on produit plus de 12,7 milliards de kilogrammes de polystyrène dans le monde. Durant la même période, les Américains à eux seuls jettent environ 25 milliards de gobelets faits de ce matériau; cela équivaut à 82 gobelets par personne!)

En bref

Donc, que savons-nous du polystyrène? Il est composé de longues chaînes de molécules de styrène qui sont toutes enchevêtrées pour donner un plastique peu coûteux, stable, non toxique et durable. On peut l’utiliser de plusieurs manières différentes et il peut nous être d’un grand secours. Mais nous devons en réduire l’utilisation, le récupérer ou le recycler afin de ne pas saboter ni polluer notre environnement.

Points de départ

Connecter et Relier
  • Mis à part le polystyrène, peux-tu nommer d’autres polymères? 
  • Énumère certains des articles en polystyrène dont tu t’es servi aujourd’hui. 
  • Envoies-tu le polystyrène et d’autres formes de plastique au recyclage? As-tu entrepris des démarches pour réduire ton utilisation du polystyrène à cause de ses impacts négatifs sur l’environnement? 
Connecter et Relier
  • Mis à part le polystyrène, peux-tu nommer d’autres polymères? 
  • Énumère certains des articles en polystyrène dont tu t’es servi aujourd’hui. 
  • Envoies-tu le polystyrène et d’autres formes de plastique au recyclage? As-tu entrepris des démarches pour réduire ton utilisation du polystyrène à cause de ses impacts négatifs sur l’environnement? 
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Es-tu au courant d’initiatives visant à régler les problèmes liés à l’utilisation et à l’élimination du polystyrène? Lesquelles, le cas échéant? 
  • Les gouvernements devraient-ils réglementer davantage la production même de polystyrène ou son traitement après usage? Pourquoi? 
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Es-tu au courant d’initiatives visant à régler les problèmes liés à l’utilisation et à l’élimination du polystyrène? Lesquelles, le cas échéant? 
  • Les gouvernements devraient-ils réglementer davantage la production même de polystyrène ou son traitement après usage? Pourquoi? 
Explorer les Concepts
  • Décris les méthodes d’élimination potentielles pour le polystyrène. Quels sont les avantages et les inconvénients de chacune de ces méthodes?
  • Qu’est-ce qui fait du polystyrène un matériau si polyvalent? 
  • Décris certains des problèmes associés au recyclage des déchets plastiques comme le polystyrène. 
  • {0>Les polymères comme le polystyrène peuvent-ils être dépolymérisés afin qu’on puisse réutiliser les produits résultants? Étudie le processus de dépolymérisation pour en découvrir les aspects positifs et négatifs.  
Explorer les Concepts
  • Décris les méthodes d’élimination potentielles pour le polystyrène. Quels sont les avantages et les inconvénients de chacune de ces méthodes?
  • Qu’est-ce qui fait du polystyrène un matériau si polyvalent? 
  • Décris certains des problèmes associés au recyclage des déchets plastiques comme le polystyrène. 
  • {0>Les polymères comme le polystyrène peuvent-ils être dépolymérisés afin qu’on puisse réutiliser les produits résultants? Étudie le processus de dépolymérisation pour en découvrir les aspects positifs et négatifs.  
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Qu’est-ce que la science des polymères? Quels autres domaines de la science et de la technologie ont été touchés par la recherche et le développement dans le domaine des polymères? 
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Qu’est-ce que la science des polymères? Quels autres domaines de la science et de la technologie ont été touchés par la recherche et le développement dans le domaine des polymères? 
Littératie Médiatique
  • Nous recevons de plusieurs sources des messages nous encourageant à réduire notre consommation et à recycler les matières plastiques. Certaines de ces sources ou certains de ces messages sont-ils plus efficaces que d’autres? Trouve des exemples de tels messages et évalue leur efficacité à engendrer chez toi un désir d’agir.  
  • Combien d’éléments en polystyrène comptes-tu sur la photographie de déchets solides trouvée plus haut?
Littératie Médiatique
  • Nous recevons de plusieurs sources des messages nous encourageant à réduire notre consommation et à recycler les matières plastiques. Certaines de ces sources ou certains de ces messages sont-ils plus efficaces que d’autres? Trouve des exemples de tels messages et évalue leur efficacité à engendrer chez toi un désir d’agir.  
  • Combien d’éléments en polystyrène comptes-tu sur la photographie de déchets solides trouvée plus haut?
Suggestions d'enseignement
  • Cet article et les vidéos intégrées peuvent être utilisés pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage de la chimie, des sciences de la Terre et de l’environnement, de l’ingénierie et des technologies en ce qui a trait aux polymères, à la chimie organique et au recyclage de déchets solides. On y trouve des concepts liés aux polymères, aux monomères, au styrène, au polystyrène, aux thermoplastiques, aux déchets solides, à la photodégradation et aux changements climatiques.
  • Après avoir lu cet article et visionné la vidéo intégrée, les élèves peuvent recourir à une Toile de définition du concept pour renforcer leur compréhension de celui de polystyrène. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf
  • Pour explorer les enjeux scientifiques, technologiques, sociétaux et environnementaux liés au polystyrène, les élèves peuvent remplir un Organisateur du pour et du contre. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf
  • En guise d’expérience pratique, les enseignants peuvent demander à leurs élèves d’inventorier les types et quantités de plastique trouvés dans les boîtes de recyclage de l’école. Cette information pourrait être présentée dans un organisateur graphique et/ou une infographie. Les élèves pourraient aussi travailler ensemble afin de trouver et proposer des solutions pour réduire l’utilisation des plastiques à usage unique qui s’accumulent dans ces boîtes de recyclage. L’information et les solutions pourraient ensuite être transmises à la communauté scolaire dans son ensemble. 
Suggestions d'enseignement
  • Cet article et les vidéos intégrées peuvent être utilisés pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage de la chimie, des sciences de la Terre et de l’environnement, de l’ingénierie et des technologies en ce qui a trait aux polymères, à la chimie organique et au recyclage de déchets solides. On y trouve des concepts liés aux polymères, aux monomères, au styrène, au polystyrène, aux thermoplastiques, aux déchets solides, à la photodégradation et aux changements climatiques.
  • Après avoir lu cet article et visionné la vidéo intégrée, les élèves peuvent recourir à une Toile de définition du concept pour renforcer leur compréhension de celui de polystyrène. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf
  • Pour explorer les enjeux scientifiques, technologiques, sociétaux et environnementaux liés au polystyrène, les élèves peuvent remplir un Organisateur du pour et du contre. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf
  • En guise d’expérience pratique, les enseignants peuvent demander à leurs élèves d’inventorier les types et quantités de plastique trouvés dans les boîtes de recyclage de l’école. Cette information pourrait être présentée dans un organisateur graphique et/ou une infographie. Les élèves pourraient aussi travailler ensemble afin de trouver et proposer des solutions pour réduire l’utilisation des plastiques à usage unique qui s’accumulent dans ces boîtes de recyclage. L’information et les solutions pourraient ensuite être transmises à la communauté scolaire dans son ensemble. 

En savoir plus

Le cycle de vie du polystyrène - Écohabitation (2018) Comment le polystyrène est créé et différentes manières de réduire son impact sur l'environnement.


Dissoudre le polystyrène pour le recycler - Radio-Canada (2018) décrit comment une usine, ouverte en 2018 et basée à Montréal, pourrait être la première au monde à utiliser des produits chimiques pour recycler le polystyrène.

Références

Bleam, Jr., W. (2002). Polymer basics. ASM International.

Chandra, M., Kohn, C., Pawlitz, J., & Powell, G. (2016, novembre 22). Real cost of styrofoam. The Green Dining Alliance.

Earth Day Network. (2018, avril 18). Fact sheet: How much disposable plastic we use.

Kelly, J. How does polystyrene recycling work?. HowStuffWorks.

Macrogalleria. Polystyrene. (2016). Polymer Science Learning Center.

Plasti-Fab Expanded Polystyrene (EPS) Product Solutions (n.d.). Road embankment construction.

RecycleTech Corporation. (n.d.). Styrofoam recycling process.

Rogers, T. (2015, novembre 5). Everything you need to know about polystyrene. Creative Mechanisms Blog.