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MINIST~RE DE L'~QUIPEMENT

LCPC LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSS~ES

Les liants organiques

utilisés en génie ci~il

* Notions fondamentales - Nomenclature

NOTE D'INFORMATION TECHNIQUE

DÉCEMBRE 1976

ISSN 0337-1565

Les liants organiques utili~és

en génie civil

* Notions fondamentales - Nomenclature

Y. MOUTON Chef de la section de Chimie organique

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Action de recherche pluriannelle (AR) 31 : Bétolls ellialIIS hydrauliques, fiche d'action élémentaire de recherche (FAER) 31 046: Définition des domaines d'application des résines synthétiques et des maté­riaux nouveaux dans [es bétons, et AR 33: Liants hydrocarbonés el el/robés, FA ER 33026: Propriétés générales des associations de liants hydrocarbonés ct de polymères.

2

SOMMAIRE

Présentation par R. Sauterey

Introduction

CHAPITRE 1. - NOTIONS FONDAMENTALES ........ .

Définitions ............. .

Formation des polymères

Structure des polymères ......... .

3

4

5

5

5

9

Applications technologiques - Mono et bicomposants .... 12

Conclusion .......................................... 13

CHAPITRE Il. - GLOSSAIRE ................................... . 14

Termes généraux apparentés à la chimie macromoléculaire. .. 14

Termes généraux employés en technologie. . .. . . ... . . . . .. .. 14

Annexe ....................................................... . 17

Remarques sur la terminologie utilisée .. 17

Bibliographie ................................................... 18

MIN 1 S T Ë RED E L' Ë QUI P E MEN T

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, 58, boulevard Lefebvre 75732 PARIS CEDEX 15 - Tél., (1) 532-31-79 - Télex LCPARI 200361 F

Décembre 1976

PRÉSENTATION

H. SAUTEHEY Directeur de la Préuis ion, cl" Contrôle. et cie l'Information

a u Laboratoire Cen/ra l des Ponts et Chaussées

Depuis ull e quinzaine d'années, d es /nal éJ'iau x nouveaux d'origin e chimique se développent dans di{férents domain es dll génie civit (béton s hydmllliqlles, liants eL mat éria 11 00 h ydroca l'bon és, peilltlll'r s, prod Il it s d' ét a II chéi té).

lis {igllrent dans le uocabulaire SO li .' des Lerm es diuers : maWn'es plastiqu es , rés ines de synthèse. nwcl'omolécules.

- sans qfl'il U ail n écessairem ent ((('co rd entre les acce ptions d e ces term es el celles lllilisées pal' tc.t) techniciens de l'indu s/rie chimique.

- sallS In êm e qu'à l'int érieul' du domain e dll génie civ il ces le l'/n e~' n'aient reçu des d éfini/ioll s précises el Hllifiées.

- salls In èlu e, enfin, qlle les techniciens qui le.') emploient /l 'aient IlI le connaissance Sll{{i.sallte des di{{érentes {amilles de prodllit s disponibles, de leurs camctéristiques principales. d e I Cll!'S avan/ages el inconvénients, d es Inulatioll s technologiques qll'iiS

perm ettent (011 pourraient perm ettre, 011 I/ e pellvellf pas perm ettre).

A l'h ellre actll elle où s'o pere, dans c1illéJ'ent fi domaÎlws el SOliS divel' fies influen ces, llll C cel'lainc clarification d es idées el du langage, il n OllS Cl paru opportun d e m ettre Ct la dispositioll des techl/iciel/ s du gél/ie ciuillll/ do cllm el/t {aisal/L le poil/t des cOl/nais­saI/ ces actll elles et d e l'e:l'p érience acquise, sans s'enfoncer lJ'op loin daJ1.i,' le domaine de la chimie, mais fOfll'llisMIIII ce pcndanl le minimfflll d'in{oI'lHu/ions scientifiques n écessaires pOlir avoir en main les principales donn é(!s dll prohlèln e. T el es / l'objel d e la No/e d 'informa/ion /e chf1iqu e Les liants organiques utilisés en génie civil, dont la rédaction est assurée pal' M. il/Ollioll, cll cf d e la scellon d e chÎlnie organiqll e dfl LCPC ct responsable depllis tan dll grollpc de trauail Matières plastiques {onc/ionllant dal/ s le cadre d es [.abora/oire ... d es Ponls el Challssées.

l e premi er fa scicu le, ci-après intitulé « Notions fondamentales - Nomenclature )}, fOffrnit d es élém en/s d e chimie luac/'om oléculaiJ'c, base scien/ifique minill1(tle pOlll' Illl techni­ciel/ qlli désirc comprendre cc qll'il {ait lorsqll 'il lIli/ise lin liant organiqlle, et base de langage.

POlll' accentu el' la vocation /ermin ologique d e cc doc flm ent, Oll y Cl adjoint llli glossaire qlli, bien .,tlr, ne doit pas être comidéré coml11e « {erm e et dé{initi{ », m ais Sllr lequel nous fio llhai/ ons, all con/J'aire , recevoir d(~ 1l00nbreuscs observa/ions el proprositions d'am élioration.oil d e cOJ11plén lC1ils .

Le d euxième fn scicul e, intilulé «( Méthodes chimiques d'identification et de contrôle}}J I)(ll'ai lra vraisemblablenlClll dan s le cOff!'anl d e l'alln ée 1977.

Le trois ième fa scicul e, en{in , s'atlaclt c/'(/ li {aire le descripti{ des diverses {amilles de produi/ s fl/ilisés ell génie civil (UJ('e le ff!'s différen/es applica/ion s.

3

INTRODUCTION

La construction d'un édifice nécessite, a priori, l'utilisation de deux catégories d'éléments: le matériau de construction proprement dit qui peut être la pierre, le bois, l'acier ou encore une « Hwlière plastique» préfabriquée, ct ce que 1'011 pourrait uppclcr le matériau de liaison. Ici, on l'encontre plusieurs types de systèmes destinés à assurer la liaison: les systèmes à aclion mécanique directe COllnue les clous, les rivets, ]cs cordes, et les systèmes ft action chimique ou physico-chimique appelés couramment liants.

La fonction principale d'un liant est, COllllne son nom l'indique, de «rassembler ct maintenir réunies des parlicules généralel11ent solides» [1]. Plus précisément, en gl'uic civil, il s'agit de lier cntre eux des granulats (bétons el mortiers) ou des surfaccs minéralcs, éventuellement des aciers (collage dit structural).

Il existe plusieurs ll1ani(~rcs dc lier cntrc eux des granulats pour assurer la cohésion d'un matériau composite. La première consiste ù utiliser dcs produits d'originc minérale qui, lors­qu'on lcs fail réagir avec de l'eau, donncnt Heu à la création de l't~scaux cristallins enchcyêtrés qui ont en soi unc honne cohésion cl comportenl çù et là dcs jonctions avcc le squclette minéral renforçant la structure. On appellc ces produits liants hydrallliques parce qu'ils font prise en présence d'cau. On parle de scellenwnt lorsqu'on lcs utilise pour fixcr des pièces métal­liques dans un mur par exemple. A cclle catégoric apparticnnent les cimcnts, lcs laitiers granulés, cendres yolantes ct pouzzolanes traités il la chaux, etc.

Unc autre manière d'assurer la cohésion consiste à utiliser des produits du type «colles », c'est-à-dire des composés organiqucs susccpliblcs d'une honnc adhésion au squclettc minéral et, s'il s'agit de liquides visqueux, ayant des propriétés rhéologiques favorables à une bonne tenue de l'ensemble. Ces produits sont alors appelés liants ol'ganiqlles, car il s'agit essentiel­lement de composés de la chimie organüIue. A cette catégorie apparticnncnt les liants hydro­carbonés utilisés en technique routièrc tels que les goudrons el les bitumes, ainsi que tous les polynlères organiques utilisés dans les assemblages composites.

On peut résumer ces données dans le tableau 1.

TABLEAU 1. -- Schéma d'un matériau composite

Squelette + Liant

minéral

hydraulique

«(cohésion

type scellemen t)

organique (cohésion

type collage)

ciments

laitiers l cendres volantes pouzzolanes

goudrons bitumes résines naturelles polymères

En génie civil, on utilise les liants organiques dans trois domaines principaux:

traités à la

chaux

- pour la réalisation de revètcments routiers (ellrohés pOUl' bétons bitumineux. enduits superficiels, couches de basc du Lypc graye-bitume); - pour la réparation d'ou"r(lge~ cn béton hydraulique fissurés, le ragréage des surfaces, pour l'asscmblage pal' collage de pièces Cil béton hydraulique manufacturé, voire même pour la réalisation d'éléments de construction en béton de résinc; - pOUl' la protection dcs aciers par peintures, le marquage routicr (signalisation horizontale) et la réalisation d'étanchéité (de tabliers d'ouvrage ou de cuvclages), oit lcs propriétés hydro­phobes du liant sont utilisées conjointcment il scs propriélés agglomél'antes.

L'utilisation rationnelle dc ces produits suppose un minilllUlll de COll naissances sur leur nature, leur chimie et leur technologie. Dans les pages qui suivent nous allons préciser cc qu'cst une macromolécule, élément dc base d'un liant organiquc, ct, à partir de là, proposcr une termino­logie adaptée aux techniques utilisécs.

4

CHAPITRE 1

NOTIONS FONDAMENTALES

DÉFINITIONS

On appelle macrom oléc llles, les molécules de très haules masses moléculaires. CeUe notion, intl'oduÎl c pal' Staudin ger dan s les années 1920 p OUl' tenir compte du co mportement parti­c ulier des g rosses mo léc ules, a é té déve loppée ens uHe pal' des nombreux chercheurs parmi lesq ue ls il convienl de citer particuli ère ment Carothers, Fior)' e t Champctier [2 J. Elle englobe à la foi s les poly mères qui vonl fnire l'obj e t du présen t chapitre el des milieux complexes cO lllme les mol écu les d'int érêt bi o logique (A .D.N. par exemple) ou encore les constituant s lourds des bitulIles Casphallèncs) qui p euycnl être considérés à certains p oints de vue com me des macromoléc ules lIlultiformes, voire des pseudo-polymères [3 ] ,

La notion de polymèl'e es t plus res tricti ve ca r elle implique l'ex is tence, dan s la macromolécule, d'unités s tru cturales répé titi ves re liées entre e lles par des liai so ns cova lentes , COlllme le précise Flory [ 4], « In génération de tout l'édifice s tructural pal' la r épétition d'une ou quelques unités élé me ntaires es t la carnctérislique fondanlCntale des poly mères »,

Ces unit és structurnles, que nou s appellerons m otifs monomèl'es p our en rappeler l'origine [5 ], ne suffi sent cependant pas à ell es seules pour carac tériser le polymère: la ques tion se pose aussi de savoi r COlllillent se forlll e l'édifice macromol éculaire, ca l' on peut penser intuitive ment quc les propriétés du composé obtellu so nt en re lation étroite avec le process us de croissance du polymère lui-m ême,

On pe ut alo rs rés uille r les définition s précéde nt es da ns le ta blenu II, qui sera co mplété plus loin.

TAI3LEAU IL - Formation dcs pol ymèr cs - Prcmier sch éma

l\lonomèrc

1 PI'OCCSSUS

Monom èi'c 2 -+ de

Polymère

............. \

fOl'lllfltion

Monomèrc Il 1

(n petit , cn généra l ~ 4)

Les monolll è rcs sont ainsi défini s CO lllllle des molécul es su sceptibles de s'unir en tre elles, ou à des Ill oléc ule s d'auires mon omè res, pOLIr forlll er un polymère . Il y a Heu alors de préciser pflr que l p rocess us se fait cette opél'fltion,

FORMATION DES POLYMËRES

Il ex is tc de ux méca nis mes principau x de formation des polym ères fondam e ntalement diffé­rent s l'un de l'autre et qui co ndui sent à des IllflCI'Olllolécules de caractéri s tiques générales différentes: - ln polycondensation; - la polyméri sn tion propre ment dite ou polyméri sation en ch aîn e.

Cette c la ssifica tion es t a ncienn e. Elle dérive d'une proposition d e Cflrothel's [6 ] qui, dès 1929, di s tinguait deux vas tes c la sses de polymères : les polymeres pal' condensation, oil les forlllules mol éc ulaires des motifs 1l1Onomères se différencient d e ce lles des monomères correspondants par l'absence de certain s atomes, ct les polymères pal' addition, où il y n identite entre les dcux formules brut es,

En fait, ce tl e di s tinct ion repose su r des considérations plus profondes qu'une simple différence de forlllules: sa principale jus tification résid e dan s le contra s te marqué entre les deux processu s de formati on . Ccla a conduit F lory [4 ] à n'attacher aucune importance à la diffé­rence éventu e lle entre les formul es brut es du IllOllomè re e l du motif monom ère qui en découle, donc :111 fait qu'il y ait ou non éliminati on de produit volatil (H20 , CO2 notamment) .

5

Celle classificatio n des poly mcl'es d'après le sché llia cinétiqu e a p erllli s d'é tnblil' les définition s qui vo nL ê tre exposées lIIain( ennnl [ 7J.

Les réactions de polycondensation q]

La croissance des macromoléc ules est lc résultat de réac tions chillliqu es cla ssiqu es entre les groupem ents fOll c tionnels réactifs des 1ll0nOlllcrcs. Elles peuvent se produire avec ou sa llS élimination d ' un cO lllposé volati l.

Pal' exe mple, la réticu lation des r és in es époxydes :

B

Monomère (( base» époxyde)

+ D

H2 N ~

Monomère 2 «(durcisseur» aminé

cs B D - ----='-----.. ~ CH - CH, - NH ~ 1

OH

Liaison- type (mais non unique) de J'enchaînement base-durcisseur dans un système époxydique réticulé

se fait sa ns élimina ti on a lors qlle la formation de films de polyurées dans les « poly uréthannes 1II0lH?CO lllposants réticulant pal' l'hum idit é atlilOsphél'iqu e ~ s'acco mpagne d ' un dégagelll ent de dIO xyde de carbone:

~ N = C = O + H,O

NH - C - NI-I ~ + CO, /'

" o liaison urée

(Le m éca ni sme de celle réac tion, assez co mplexe, sera évoqu é à propos des poly uréthnnnes) .

La cinét ique de ces réaction s pcut ê tre rcprésent ée par lin schéma s illlple ( fi g. 1) .

OOOGO DDDDD D DDDD

,0-00= lc:J D-CJ-CJO 000=

Ava nt P endant (fOl'mati on d'o ligomèrcs)

Après

Fig. 1. - Schéllla d'UIl C cin éti(III C dc p olycondensa ti o n [8] .

Cc type de réactions conduit :1 des polYlllè res de Ill asses moléculaires relati ve ment m oyennes pal' rappo rt il ceux du deu xième typc (quelques dizain es de milli crs en m oyenne) CH I' les vitesses de réaction diminuent rapid ellle nt au fuI' ct Ù m esure que la ma ssc moléculaire du polymcre a ugmente.

Les réactions de polymérisation en chaine P

Par contre, ces réac tions qui rés ult ent de la fixation de nOlllbreuses molécul es de IIIonom ère sur des ce ntres act ifs préalablemenl formés dan s le milie u réact ionnel pe uvcnl co nduire à des polymères de masses m oléculaires nelte ment plus élevées (de 100000 il plusieurs millions) , le process us ciné liquc de croissance se prése ntant de manière tout e différente: après une réaction d'alllOrçage où se form ent les cen (res ac ti fs, ln réac tion de pl'opa gn ti on ou de crois­sft nce de 1ft mac romolécule sc développe jusq u'ù épui sc ment des monomè res présent s ou cessation d e réacti vil é des centrcs actifs par suit e d 'éventue lles réac tions de termin a ison,

On peul c ncore représenter la cin étique de ces réaction s par lIll sc héma (fig. 2) .

Ainsi le polystyrène peul ê tre obt enu par lIll Ic i proccss us : la réac ti on d 'alllorçage consiste cn la libénltion de radicau x libres; la réact ion de propagation consiste alors en la fi xn ti on des mo léc ulcs de monomè re sur les l'nd icaux libres ; e nfin, les réac lioll s de te rminaiso n

( 0) Le sYlIlho lc-l'cpréscnlc Ic co rps dc la Ill o l(;c ul e dont on n' indique quc Ics fon ct io ns dC\':l nt entrcr cn réactio n.

6

00 0 00 0 00 0

Avant

DDDDl'D DDDDII:J Cl CKIDDD

Amorçage Propagation de la chaine

00= 0= OCJ-CJ-CJO

Terminaison

F ig. 2. - Schénw d 'ulle c in étique de polymérisa tion .

concernent les l'ccOIll binai son s des contres :lctifs cl leur désactivation. Ce mécani sme sera déve lopp é p lu s la rge ment à propos des polyes ters (utili sés nota mment pOUl' la réa li sation d e bétons de résine) .

Les réactions de poly mérisation en chaî ne ne so nt pas toules du type radica laire : da ns certa ins cas, les contres ac tifs son t des ions. Il ex is te donc dans ce tte catégorie de réacti on, des S01l8-cl:lsses don t les méca nismes son l SO livent très co mplexes . Cependant. en ce qui concerne 1': lp plica lion de la chimie des polymères a ux tl'ftv aux de gén ie civil , il n'est absolument pas nécessa ire d'é tudier ces réactions cn dé ta il : savoir qu e le process us cinétique de formation du polymère cs t du type « réaction en cha'Îll e » suffit à expliquer le ca ractère particulier des vitesses de pri sc du liant en place a in s i que de cer ta in es caractéristiqu es des prod uit s obt enu s.

L'ense mble des donn ées précédentes peut ê tre rés umé d a ns le ta bleau III.

TABLEAU ]JI. - FOl'lna tioll des p olymhes [7] - Dcuxième sch éma

POLYCONDENSATION

(~)

POLYMÉHISATION (en chaine)

(l')

avec élimina tion d'un comp osé volatil

sa ns élimination (simple addition avec transfert d 'hy drogène)

)

l'adicalail'e

ioniquc

On constn te alors que pour com pléter dc m nni ère convenable le tablea u II , il manque encore un cer ta in nombre d 'élément s de terminologie.

Ainsi, on pourrait concevoir qu e la notion de polycondensa t correspond aux p olymères formés

selon le pre mi er mode ( @ ). Cette concep tion n'es t pa s va lable car, dans la pratique, on emploie ce term e à propos de tous les co mposés obt enus par condensations success ives, qu'il s 'agi sse d'unc véritable macromolécule ou d'un oligom ère (appelé quelqu efois prépolymère), c'es t-à-dirc d'un co mposé obtenu par polycondensation partielle comportant un n ombre infé· ri eur à unc trentaine de motifs m onomères et conservan t des fonctions réactives.

O n conser vent d onc le tcrme dc polymère pOlll' tout es Ics macrom olécules obtenues, pal' p oly­condcnsa tion co mme pnr po lyméri sa tion.

De mê me, pour tenir compt e du lan gage co ura mment utilisé il propos de l'emploi d es p oly mèrcs dan s la cons tru cti on, il es t nécessa ire d ' introduire le ter me de polyaddilion en ta nt que syno­nyme de polycondensation sall s élimination d'lin composé volatil. A s trictc ment par ler , cc terme sera it ~1 év it er à cn use d e son ambiguïté: chez certains auteurs (chimis te essenticlle­m en t), il co rrespond à une poly mérisa ti on en c haine sa ns réact ion de termin a ison. Ma is en génie civ il , il est gé nérale ment ad mi s da ns le sens précisé plus haut.

Nous l'ad me ttrons donc ainsi, étnnt bien ent endu que le tcrm e de p olycondensation sera employé dans le cas général, chaque fois qu'on parlern des conditions de la réaction, son m écan ismc (e t donc sa cinétique) étant le mêmc, CO lllllle nous l' avons Vll, qu'il y nit ou n on é Iiminntioll . L'cx is tence d ' un composé il éliminer int crvicnt lors de la mi sc en œ uvrc c t n éccs­s ite, dan s ce cas, qu e ccrtaines co nditions pratiques soient requises pour que celte élimina tion pui sse cf1'ec tivelll ent avoir lieu (impossibIlité dc trnvailler en couche épa isse ou dans des cavit és fer mées, fi ss ures, etc.).

En ce qui conce rn e le deuxième mode (P) , l'cncha îne men t répétitif ne sera pas le même s i l'on part d ' un mono mère uniqu c ou de plusieurs types de monomèrcs. Dans le J}l'cmier cas.

7

(n

on obli endra un h omopolljm cr c e l dan s le seco nd lin copo lljl1i crc. Cetl e di s tinc tion, à s tricte­ment pa rl er, pourra it ê lre au ssi bien fait e à propos de la po lycondensation mais, comme il se trouve qu e la majorité des réac ti ons de ce de rni er type se fa it avec deu x monom èr es différent s, la propos ition n'a guère d ' int érêt.

En fait , da ns la pratique, la noti on de copoly mè re es t spécifiqu e des réact ion s de poly méri­sation en cha îne.

Les copolymères

La cinétique de ces réact ions a un e te lle imp ort a nce qu ' une véritable c himi e de ln formati on des copo ly mères s'es t déve loppée pOUl' é tudie r ce probl èllle . On di s tin guc habitue llement:

les copoly mères s tntis tiques oit l'cncha in e ment dcs motifs mon omères est nléat oire COllllll e :

-A-B-A-A-B-A-B-B-B-A-

- les copolYJllères séqu encés, où l'cnchaîne ment se fail par séqucnces (O ll blocs) de motifs mono mè res idcn tiques, co mme :

-A- . . . -A-A-B-B- . . . -B-B-A-A- . .. -A (ici copoly mère Iri séqu encé)

- les eopolymèl'cs grefTés, où, sur la tra me d ' un homopoly mère donn é, s'nceroch enl des séqu e nces d'un nutre p oly mère, eo mm c :

-A-A-A ... A-A-A 1

B 1

B 1

B

A-A . .. A .. . 1

B

b

- les cop oly mères nlt ernés, plus l'arCS, o il les motifs a ltcrnen l régulière ment l' un après l'autre, COlllme :

-A-B-A-B-A-B- . ..

Enfin, il est bon de preciser , à propos des eopo lym èl'cs, que s i ce tt e notion fnit référ ence à la polym éri sa tion cn chaîne, cela n'exclut pas que l' un des m onomères utili sés soit lui-mê me un oli gom ère, donc provienne d'un e po lycondensation limit éc. C'cs t lc cas des polycs ter s utilisés pOUl' certa ins bétons de résin e où la r éac tion en pl acc cs t ulle copolymérisation (donc en ch a ine) entre lin monomèr e nuid c (s ty rène p a r exe mp le) el Ull oli gomère in saturé, a ppclé lui-m êm c p olyes tcr parcc qu' il provient. d ' une polycondensa ti on ]imitéc cntre des diacides et des dio ls .

Il es t mainten rlllt possible d 'apporl c l' nu tableau TI qu elques complément s (tableau IV) .

TABL EAU IV. - Forma ti on dcs poly mères - Trois ième sch éma

Peut jouer ultérieurement le rôle de monomère (d'où le nom trivial de prépolymère)

Monomère 1 Monomère 2 -. . ..... . . . . Monomère n

petit , cn gé néral ';; 4)

'*' O LI GOMÈ R E

POLYCONDENSA Tl ON

• avec élimination d'un composé volatil . sans élimination (rO LY A D D ITI O N)

suivant le

cas

P

PO L YMË RI SA TlON (en chaîne)

POLYM ÈR E

• radical aire • ionique

~.

app ele )

PO LY MÈR E 1

n = 1 Homo polymère n > 1 : Copolymère *

* Copolymère: stat istique, séquencé, greffé, alterné, n = 2 Bipolymère (terme peu courant) , n = 3 Terpolymère .

8

STRUCTURE DES POLYMÈRES

Fonctionnalité - Degré d'insaturation

Il est nécessaire maintenant d'expliciter l'expression « suivant le cas» du tableau IV, en consi­dérant la structure même des monomères (ou oligomères) :

_ ou bien, ils comportent des {onctions chimiques réactives , au sens classique du terllle. il s'agit par exemple:

de composés ù « hydrogène mobile » ou donneurs de protons H+, lels que les amincs_NH2 ou les alcools_OH, de composés insaturés réactifs, accepteurs de protons, tels que les molécules compor­tant j'hétéroc"cle tendu éIJoxvdc_CH-CH 2 ou les isocyanates_N = C= 0,

• J ~ •

et ils pourront donner lieu à des réactions chimiques entre ces fonctions réactives (ici conden­sation sans élimination pal' échange de protons H+, c'est-à-dire à une POLYCONDENSATION;

- ou bien, ils comportent des insalllraiions non directement réactives (principalement des doubles liaisons éthyléniques, mais aussi éventuellement des triples liaisons, hétérocycles non tendus, etc.) et ils ont besoin, pOUl' entrer en réaction, d'une energie initiale apportée géné­ralement pal' un agent externe (appelé couramment catalyseur, bien que le terme d'amorceur soit plus approprié) ; le processus se poursuit alors selon une réaction en chaîne et l'ensemble constitue la réaction de POLYMÉnlsATIoN.

A la vérité, la distinction ainsi présentée peut apparaître quelque peu artificielle. Pour être plus rigoureux, il faudrait faire intervenir des considérations énersétiques, pal' exemple le potentiel chimique des réactions en question. Disons, pOUl' simplifier, que les réactions de polymérisation nécessitent une énergie initiale (énergie d'activation) bien plus importante que les polycondensations.

Il est intéressant alors d'examiner de plus près la fonctionnalité ou le degré d'insaturation d'un monomère, car ces paramètres ont une incidence directe SUl' la structure spatiale du polymère et pal' suite, sur ses propriétés mécaniques.

Cas de polycondensation

Pour qu'un composé chimique soit considéré comme un monomère, au sens de la polyconden­sation, il faut qu'il comporte au moins deux fonctions réactives.

Ainsi, la réaction qui caractérise la formation des polyuréthannes s'écrit :

i - N = C=O +

isocyanate

HO~

alcool

NH - C-O Il o

uréthanne

p

et ne conduit à un polymère que si, à l'autre bout des molécules (symbolisées par ), se trouve ::lU moins une autre fonction réactive.

Prenons l'exemple de la réaction d'un diisocyanale SUI' UI1 diol :

i P C§> o = C = N ~ N = C = 0 + HO ~ OH ~ 0 = C = N

diisocyanate diol oligomère

NH - C - O Il o

uréthanne

p OH

(1er terme)

cet oligolllèl'e réagit à son tour sur d'autres molécules de monomères pOUl' donner des o1igo­mères supérieurs tels que:

i O = C=N ~ NH = C - O

Il o

p O - C - NH

g NH - C - O Il o

jusqu'à formation du polymère selon les conditions opératoires.

Celte réaction peut être schématisée ainsi:

<:? c§l i + p~ i - p - - i -- p---+-i - p - i - p-i-u ..

OH <r -"'---.~ etc.

9

POLYMI~nES TI-IEB.MOPL\STIQUES O U UNII) li\lE i"'OS I ONNELS

On cons tate alors qu e, lorsque les monomè res ont t O Il S une fon c tionnalité éga le à 2, )'cnchai­nc men t résultant de la polycondensa tion cs t linénirc. Les polymères obtenus sont so lubles dnn s cer ta in s so lva nts et fu s ibles (du moins lorsqu ' ils ne se decomposent pas ava nt de fondre). On les appelle de ce fail therllloplastiques pnrcc que, lo rsqu'o n les chaufi'c, ils donnent li eu à un l'alllollissement réversible, sa ns transformat ion chimique.

On peut d onc les coulc r à chnud, CO III Ille c 'est le ca s des enduit s thermopla s tiqu es utilisés pOUl' le IIlnrqu age routier (bandes blanches) ou e nco re les mettre en Œuvre so us forlile d'é mul s ion nqucuse ou de so luti on dans un so lva nt pé trolier, par excmplc.

POLYMf~n ES THEHMOD u nCI SSAll LES ou 'l'ni D IMENS I ONNELS

Lc problèmc es t différent lorsqu c la fonctionnalité d ' au moins l'UI1 dcs monomèrcs cst s UjJé­ri eu rc à 2 : les enchnine ment s se déve loppcnt dan s Ics tro is dim ens ions de l'cspace, s'cne 1e­vè tl'cnt, et on obticn t dcs polymèrcs ha utc ment in so lubles et infu si blcs .

Cependant, la polycon densa tion se fait généralcmcnt pal' é tapes, lcs oligomères form és en début de réac tion conservant une viscosité re la tivelllen t faible. Pui s brusquement ce tte viscosité croît, c'es t la gélifica tion , c'est-à-dire l'a pparition d'une phase gel qui s 'enrichit progress ive mcnt a ux dépcns dc la phase so l forlll ée :lU départ. Lç te mps qui s 'écoule entre le mo ment où o n mé lange les monomères e t où apparnit ce tt e gé lifica tion es t très important du point de vlle teehno lo­~iqlle : c'es t la durée pratique d' llJilisa Jion (DPU) , appelée encore vie e n po t (traduction litt érnlc de pol-life) ou quelquefois durée d'emploi.

Si, après l'obtention de cette gélification c t pa l' conséqu ent la création d 'u ne macromo léc ule tridime nsionn e llc, on chauffe la masse du polymère. après un léger rnmollisscment on fra nc hit dc nouvelles é tapes, on parfait la polyconden sation (ap pelée aussi dan s ce cas réticulation puisqu ' il y a développement d 'ull l'ése:1 u) s i bi en qu e le produit devie nt de plu s en plu s dur. C'es t pourquoi, par extension du vocabulaire utilisé en pla s turgic, on appelle gé néra lement ces polylll è l'cs therlllodurcissables. Le qualifi ca tif n'es t pas approprié. mai s con sacré par l'u snge. O n peut lui préférer pal' exempl c « th erlll oduJ'ci », qui lui rcssc mble et se J'approche plus de la l'éa lilé.

Ici, la transfor mation consécutive au cha uffage du p oly mère est irrévers ible puisqu'elle fnit intervenir des réactions chimiques n'ayant pu se produire auparavant parce qu 'elles étaient gê nées par la haute viscosité du milie u réactionnel.

A cell e ca tégorie, appartienne nt les sys tè mcs époxydiqucs c t poly uré thannes tridimensio nne ls qui sont les lia nts organiqucs les plu s nob les employés en génie c ivil.

Cas de la polymérisation

Lcs propositions précédentes p euvent être aisé ment transposées au cas de la polymérisation.

POLYMÈnES THERMOPLASTIQUES O U UNID IM ENSIONNEL S

En gén ie c ivil , Ics rénclions de ce ty pe int erviellil ent esse ntielle ment à propos des monomères co mp ortant des doubles liai son s. Si l'o n appelle degré d'insatllralio/l le nOll1bre de doubles liai so ns présentes pal' molécule de 1Il 01l 01llCre, on pe ut énon cer la règ le suivant e :

Lorsque les monomères ont tous UI1 degré d'insatlll'ation éga l à l'unit é, l'e nc haîn ement rés ultnnl de la poly mél'i sfl tion est lin éa ire, le polymère est de type th erm oplas tiqu e.

C'est le cas du styrène CH = CH, - CH - CH, -

@ ---'P'----4~© styrène motif mOllomère

du polyslyrène

POLYM ÈnEs THEHMOIJUnCISSABLES ou TnlDIM ENS I ONNE L S

Pal' co ntre, dès que l'un des monomères a UI1 degré d'illsaturation s ll\)érieur à l'unité, on obtient des m:1crolllo léc ules tridime ns ionne lles, le p olymè re obtenu es t fi ors du type thel'lIIo­dUl'cissalJle.

C'cst le cus des polyes ters utilisés dan s les béton s de résin e.

Conclusions sur la structure des polymères

Il est maint ena nt poss ible de complé te r de maniè re sa ti s fai sant e les tnblea ux précédents en y in séran t les con sidérati on s ci-dessus a uxqlle ll es il convient d 'a jouter lIn e remarque en ce qui conce rne les composés nppelés élas Jom è/' es .

10

La dis tinction entrc unid imcnsionnels e t t ridimensionnels, s i cHe l'end compte d' une dilTérence très import ant e entre les deux fa mi lles de po lymères, n'cs t pas touj ours très nelle dans la pra tiq ue. E n efl'e t, il exis te des unidim ensionnels (donc thermoplas tiqu es) dont la réactivité n 'a pas é té entièrcmen t exp loitée: pa r exe mp le, des co mposés in saturés dont il l'es te un 110 mbl'e re la tivement importa n t de doub les liai so ns libres apl'cs for m ation de la m acromolécule.

Si 1'0 11 elTectue entre les chai nes lin léger pontage, par réaction d'un tiers corps ou pa l' poly­mérisa tion li mitée, on crée une s tructure pa rti ellement tridi mensionnelle, donc dc caracté­ri stiq ues int erméd iaires entre les deux fa milles décrites p lus ha ut. On a réa lisé un élas tomèr e.

La vulcanisa tion du caou tchouc, pa l' exemp le, es t la rénction de pon tage des chaînes de poly­isoprène par de pe tit es chaill cs -(S-S-) II

Un aut re type d'é lns tomère pcul ê tre obten u pa r vulca nisation physiquc: cert ains copoly­m ères séqucncés tc ls que Ics butadiènes-s tyrèncs comport ent en eux-même une incompatibilité physiqu e en trc les séquences. Ain si au repos, les séqu ences butadiènes des difl'érent es macro­moléc u les ont tend a nce à se réunir en pelotcs di s tinctes des pelotes s tyrènes créécs simulta­nément. Les liai sons ent re les cha"i ll cs son t a lors de type physique (solvatation) , a lors que dans le cas de la vu lca ni sati on du caoutchouc, il s 'agissa it de liaisons chimiqu es pa l' chaînes polys ulfures. S OllS contraint e, ces liai sons se relâchent et les pelotes se défont. De mêm e lorsquc la tempéra ture a ug mente, la libe rté de glissement des chaines les unes S U I' les au tres aug ment e e t les ag~ lomél'at s se re lâchent. On a alTai l'c à un élastom èl'e th el'moplas tique.

On peut donc main tena n t co nclure S U I' un schéma g loba l (tableau V) .

T ABLEAU V. - Forma t ion c t st ruc tures des polymères - Schéma global

Peut jouer ultérieurement le rôle de monomère (d'où le nom Irivial de prépolym ère) ~

Monomère 1 Monomère 2

Monomère n

1 Fonclions 1- -1 O Li GOMÈR E 1 ~

- PO LYMÈRE 1 chimiques réac tives

POLYCONDENSATION pou rSu i te de • avec élimination d'un composé la réac tion

volatil • sans élimination (POLYA DD ITION)

1 r ONCTIONNA U n 1

, ~'au moins un monomère >2 TR IDIMENSIONNEL , • ou ,

THERMODURCISSABLE d't' m oins un monomère , ,

> 1 , , , , unidimensionnel

comportant des fa iblemen t ponté -., ( LASTQro.·,I·:RE

,ou vulcanisé /

/

4) de chaque monomèrc / / (n petit, Cil général :Ç

= 2

/ de ch aque m onomère = 1

1 , 1 DEG R~ D'INSATURATtON J

, I lnsaturations

PO LYM eRISATION

(en cha îne)

• radicalairc • ion ique

, ,

P

appelé

UN IDIM ENSIONNEL ou

THERMOPLASTIQUE

.1 PO LYMÈR E ]

n = Homopolymère n > Copolymère *

* Copolymère statistique, greffé, séquencé, alterné, (n = 3 Terpolymère)

11

APPLICATIONS TECHNOLOGIQUES· MONO ET BICOMPOSANTS

La dis tinc tion entre unidimension ne ls et tridimensionne ls qui apparaît :1U niveau des propri étés des polym ères, qu el qu'cn soit le process us de formation, se traduit pal' des applica tion s cl des modalités de mise e n Œuvre ne tte ment différent s : - les liant s th ermoplas tiqu es sonl reche rchés pour le u r souplesse, leur fa cilité d'e mploi c t Icul' COlit re lativement p e u élevé; - les liant s t r idimensionnels son t utili sés essentie lle ment dans des domaines où la rés is tance de la structure aux so llicitations mécaniques ct the rmiques es t recherc hée; on peut mê me dire dans ce cas, qu e ce type de po ly mère apporte à lIll co mposit e, en tant qu e liant, des ca rac­téristiqu es intermédiaires en tre un li ant hydraulique c lassique (ci mcnt, pal' cxe mp le) et un lia nt organique ther mop las tique ou de type bitume .

• " .. La co mparaison peut être poussée !JluS loin s i l'on co nsid èrc les modalités de mise en œ uvre. On a VlI, e n cf Tet, que les the rmop as tiques se présen tent sous form e d'éllluision aqueuse, de solu tion dan s un solva n t approprié, ou te ls que ls, à fluidifi e r pal' chaun'age. On retrouve d'ail­leurs ici les trois modalit és types de m ise en œ uvre des b itumes routiers. Le collage obtenu fourn it un e st ruc ture re lativement soup le, sens ibl e au flua ge, résis tant à la fi ss uration, mai s sensible à la te lllpéra ture.

Si l'on considè re mainte na nt les lIlo rti ers ou bétons hydra uliqu es, on cons tat e qu'après mélange du liant (ciment ) avec l'ca u, une réaction chimique se produit qui conduit à la form a­tion de phases in solubles tridimensionn elles (s ilico-aillmi na tes calci qu es). Le scellem ent obtenu cons titue une s tructure rigide, de fort e résistance il la com press ion, sens ible à la fi ssu­ration, mai s peu il la température.

Les liants orga niques tridim ensionne ls, quant il e ux, se présentent généra le men t en de ux composant s (d'oit leur nom usue l de bicom posnnts) à mélanger au moment de la mi se en œuvre. Après réaction chimique (suivant le cas: polycondensa tion ou polymérisation), on obtien t une s tru cture présen ta nt des ca ract éri s tiqu es in ter médiaires entre le co lla ge the rmo­p last ique et le sce lle me nt hydra ulique.

Cette comparaison, ext rê me ment in téressa nte au ni \'ca u ùes applica tions ùes lia n ts organiqucs aux trava ux de gé nie civi l pa r les impli ca tion s qu'c lic ren ferm e, p cut ê trc rés umée sur lin schéma (tableau VI).

TABLEAU VI. - Influence du liant sur les caractéristiqu es d'un matcl'Ïau composite

Malaxage Méca nismc CarHctérist iques PI'éparation

de entraî nant généra les du liant ta cohés ion d u compos it e

l'ensem ble du compos ite obtenu HYDRAULIQUE

Mélange Réa ctions ehimi- Rigide, fort e Re poudre + cau Oui ques : dissolu- sensible à la au dcrni er tions, fOl'mati on fi ssuration, 1I10111ent de comp osés peu sensible à

insolublcs, la température.

Squelette l'ccl'is tallisa t ion. Action type:

minéral scellcment.

BICOMPOSANT t + (tridimensionnel) Mélangc des Réactions Int ermédiaircs 2 composant s Oui chimiques: q? en tI'e au del'11 ier réticulation

LIANT III 0 111 C Il t. ou P. f Rupture

1

Emulsion Oui de l'émuls io n Souple, scns iblc aqueuse. ct coalescencc au f1nagcj

ORGA\UE SUI' le substra t. ,·j..'dstHnt à la

fi ssuration. - Sol ut ion Oui Eva poration Sensible à la

organiq ue. du solvant. 1 température. Act ion type :

MONOCOMPOSANT . Flllidifica- Refroidi sscmen t collage. ti on par Oui du com pos ite chaulTage. en place.

12

Les notion s de 1Il0noCOmposflnt e t de bico mposa nl développées dflns Ic tablea u VI sonl s uscep tibles de surprcndrc Uil chimi stc non averti. Pour éviter toute ambiguïté, il est néces­sai re de rappeler:

que seu ls so nt co ncernés ic i les liants orga niques utilisés ou suscep tibles d'être utilisés en génie civil ;

que les terllles en question sonl re latifs au nombre de pot s ou de rflt s à utilise r au moment de la mi se en œ uvre: un monoco lllposfl n l se présent e sous un seul emba llage a lors qu 'un bicolllposant nécessite qu e le produil A soil mélangé au produit B, qu'il s'agisse d'une base et d'un durcisscur, ou d'une rés ine et d'un ca talyseur (dans ce dernier cas, il y a évenluelle­Illent utili sation d'un accé"lérat euJ' el l'on poul'l'f1it parlel' s tric tclll cn t dc tl'ico mposflut) ; - que cc sché lll :1 cOllvient dflns ln plupnI't dcs cas mais souffrc des ex.cep tions : on r encontre en effet des 1Il0nOCO lllposfln ts pOllvnnt donn er naissnn cc il des polymères tridimensionnels et des bieomposn nt s à des thermop las tiques, m ais cc sont des cas isolés .

S i, maintenant , onl l'approche les tablea u x. V el V I, on peul explicite r les te rmes de 111ono­composants e l de bicomposant s en fonction de la s tru cture des polYlIIères correspondants. Il vie nl a lors le lablea u VII.

TAI3LEAU VIT. - Class ifi ca tion des liant s orga niques utili ses en gé ni e c ivil

~~::::~:"' MONOCOM POSANTS

7 ' RfSINES NATURELLES

POL YMÈRES UNID I~I ENS IONNELS

( thennoplasliques)

LIANTS ORGANIQUES

obtenus par Polycondensation

~'""'" -

Ys ' époxydiques, · polyuréthannes

bicomposants, etc

POLYMÈRES TRID I 'IENS IONNELS~ ( thermodurcissables)

CONCLUSION

obtenus par Polymé risation · polyesters , · ac ryliques, etc.

Dans les pages précédentes, destinces à aider le lecte ur peu familiari sé avec la chimie des mati ères plastiques ou des rés in es utili sées dnn s la co nstruction à se faire une idée plus précise de ce qu e sont en r éa lit é ces produits, nOliS nOLIS SO lllmes efforcés de montrer que les processus de fOl' ll1ati on des polymères on t lIll C influence sur leur structure ct, pal' suite, sur les propriétés des IIlflCI'OIllOlécu lcs obtenues .

Dans ce t ord re d'idée, il es t nppar ll lInc dis tinctio n très importante au point de Vlle des applica tions entre les poly mères unidimensionnels cl les po lymères tridimension nels : les premiers, appelés au ssi th er lllop la s tiques (d'a près l' ulle de leurs proprié tés les plus iml~or­Inntes) o u monocolllposa nt s (d'après leul' présent a tion S UI' le chantier) onl une techn ologie relativem en t bien connu e; pal' co ntre les seconds, appelés aussi thel'Ill odul'c issnbles ou bicom­posants. son t empl oyés co uramm ent de ma nière prflglllfltique.

E nfin, et c'est l'au tre aspect du problème étudi é, nOliS avons été amenés à préciser ln termi­nologie employée ou à cmployer à propos dcs polymères dnns les techniques de génie civil. C'est ainsi qu e nOli S avons dCt choisir un e définition pour le terme de polymère lui-même, conforme à lIll e no rlll e fran çai se [5 ], mais diO'éren te de celle de ln HILE~I [9 ] . NOliS nvons é té conduit s ai nsi :'l préparer le glossa ire présent é dan s le chapitre II .

13

CHAPITRE Il

GLOSSAIRE

1 - Termes généraux apparentés

à la chimie macromoléculaire

1. MACHOMOLÉCULE. Molécule de très grande masse moléculaire.

2. POLYMÈHE. Substance constitn ée de macromolécules dont ln structu re est essen­tiellement caractérisée par la ' répéti tion d'un ou plusieurs types de motifs nlOno­mères .

3. MONOMÈHE. Substance constituée de molécules de faible ma sse susceptibles de s'unir entre elIes ou à des 1110léclIles d'au­tres 1110110mères ou oligomèl'cs pOUl' former un polymère.

4. MOTIF MONOMÈHE. Elément stmc­lural (ou motif constitut ionnel) d'un poly­mère, ne différant de la molécule de monom ère corresponda nte que par l'é tat des [onctions réactives.

5. POLYMÉHISATION. - (Sens général ) Héaction ch imique dans laquelle les molécules de mono­mère sont combinées pour former un polymère. On distingue deux méca­nismes de natures différentes pour cette réaction: la polycondensation et la poly­mérisation proprement dite, appelée aussi polymérisation en chaÎnc. - (Polymérisation en chaîne) Héaction chimique conduisant à la créat ion d'un pol~'mè re, se produisant s ur des centres achfs apportés par des composés appelés amol'ccurs (ou catalyseurs), qui fixent successive ment de nombl'euses m ol6-cules de monomère. On obtient des homopolymères si le monomère es L d'un seu l type et tIcs copolymères si les mOl1OIllères sont de types différents.

6. POLYCONDENSATION. Héaction chimi­que conduisant à la créa tion d'un polymère se produisant entre les fonctions réactives des monomères ou oligomèl'cs en présence, avec ou sans élimination de produits vola­tils. Dans ce dernier cas, on parle couram­'m ent de polyaddilion.

7. OLIGOMÈHE. Composé obtenu par po ly· condensation d'un nombre inférieur à une tren taine de moléc ules monomères.

8. HOMOPOLYMI';HE. Polymère rés ultant de la polymérisntion d'un monomère unique.

9. COPOLYMÈHE. Polymère rés ultant de ln polYlllérisation de deux ou plusieurs

14

mono mèrcs ou o ligom ères différcnts (dans le cas de trois monomères, on parle sou­vent de lerpolymèrc). On distingue:

_ . les copolymères statistiqlles oit J'ell­chaincment des m otifs monom ères est aléatoire, - les copo lyrn ères séquencés oit J'cn­chaînemcnt se fait par séquences de Illotifs mouomères identiques, - les copolymeres greffés oit, sur la chaîn e d'un polymè re donné, s'accro­chent des séquences d'un autre poly­m ère, - les polymères alternés, plus rares, où Ics motifs monomèrcs nltcrncnl r égu­Ii èrcm ent, l'un après l'nutre.

10. COPOLYMÉHlSATION. Héaction de polymérisa tion à partir de deux ou plu­s ie urs monomères ou oligomères dilTérents.

Il. HÉTICULATION. Phénomène cOlTes­pondnnt ù la création d'une macromolécule tridimensionnelle (résea u ).

12. HÉTICULAT. Pol Y m ère tridimen­sionnel.

13. PHÉPOLYMÈHE. Oligomère réactif.

14. POLYCONDENSAT. S II i van tIc s auteurs, termc emp loyé nu sens d'oligomère ou de macromoléc ule obtenue par poly­condcnsation; à éviter.

15. ADDUCT. T erme anglo-saxon syno­nyme d'oligolllère; à éviter.

16. POL Y ADDITION. Polycondensation sans é limination dc composé volatil.

Il - Termes généraux

employés en technologie

17. LIANT. Nom générique des substances servan t à ra sse mbler ct maintenir réu nies des particules généralement solides.

18. LIANT OHGANIQUE. Liant composé de Illacl'omolécules organiques (c'es t-à-dirc ressortissant de la chimie organique). On distingue les Illonocomposants (par excm­pie: bitumes de pétrole, goudrons et brais dc houill e, polymères thcrmoplastiques) et les bicomposants.

Ig. LIANT OHGANIQUE FOHMULÉ. En­semble des con s litunnls du linnl: mono­m èrcs, o ligomèl'cs, adjuvants el charges.

20. HÉSINE. T erme relativeme nt imprécis, lllai s très e mployé COlllme synony me de polym ère. Dans un systèm e bicolllposant, d ésig ne gé nérale mcnt l'oligo mère le plus important pal' opposition nu catalyseur ou au durci sse ur. Pcut a ussi, dans certa in s cas. désigner le liant organ ique poly mérisé (pal' exemple, dans l'expression: béton de rés ine) .

21. MONOCOMPOSANT. Liant organique présenté c n un seul con s tituant, :1yant en général lIll caractè re Ihe nn oplas tiqu e.

22. llICOMPOSANT. Lianl organique pré­se nt é en deux con s tituant s à m élnn ger au moment de la misc en œ u vre.

HCIllarqu e : Les monocomposH nt s à dur­cisse ment par l'humidité de l'ail' entrent en fnit dans la ca tégo rie des bicom­posants.

23. DUHCISSEUH. Co III P 0 s é chimique entrant dans certaines réaclions de poly­condensntion telles que la ré ticulat ion des rés in es époxydes. 11l-1pl'oprement emp loyé pal' certains auteurs à la place de ca taly­seur ou d 'initiate ur.

24. GÉLIFICATION. Formation généra le­ment progress ive d'un gel, so us l'action de la c haleur, du temps, d'un agent chimi­qu e, etc .

25. DrU DUHÉE PHATIQUE D'U'l'ILI­SATION - DUHÉE DE VIE EN POT (Pot­Iife). A lIIl e température cons idérée, délai dont di spose l'utili sa teur pOlir m e Ure en œ uvre le matériau.

26 . CATALYSEUH. Composé réactif des­tiné à créer les centres actifs nécessaires à l'initintion d'ullc réac ti on dc polymérisa­tion. En chimie mac romo léculall'c, on pré­fère les termes d'amo/'ceul', d'agent d'amor­çage ou ell core d'initiateul': la définition précédente es l spécifiquc à l'e mploi du tc rme « ca talyseur » dans les tcchniqu es du génie civil.

27. AMOHCEUH, AGENT D'AMOHÇAGE. Composé réactif des tin é à c récr les centres actifs nécessa ires à l'initia tion ou l'alllOl'­çage d'UllC réaction de polym érisatio n .

28. INITIATEU H. T e rm c syno ny me d'amor­ccur.

29. ACCI~LÉRATEUH. Subs lance ajoulée au m élan ge réactionnel, destinée à aug­m enter ln vitesse dc polymérisation.

30. INHIB ITEUR. Subslnuce qui c lIlpèche ou l'alentit ull e réac tion c himique.

31. AD.JUVANT. Substance incorporée en fnibl c qu a ntit é au liant organique forlllulé ann de lui donner des ca ractéristiques bie n définies co rrespo ndant à une application

donnée. On di s tin gue les diluants, les plastifiants, les ct les stabiti sa nts .

fluxant s on fl exibili san ts

Remarque: La foncti on des adjuvants dans les liant s organiques fo rmul és es t gén éra lem ent difi'érent e de ce lle des adjuvants pou r hé ton. De ce fait, les efIels attendus ne so nt pas les mêm es .

32. FLUXANT, DIL UANT, FLUIDIFIANT. Adju va nt destiné il faciliter la mise en Œuvrc d ' ull liant organiquc par abaisse­ment de la viscosité. On (listingue les lll1xanfs non l'éac/ ifs O iL solvanls, qui s 'éva­porent au cours du durcissement, ct les {ll1.1'fmls l'éacli{s OH diluanls l'éac lifs, uti­li sés dans les bicomposants r éagissant par po lycon densa tion, qui participent à la réaction.

He mnrq ue : Dans ]e cas des bitumes, on parle de bi/lime {lu xé lorsque le solvant es t un e huile de houille e t de bitume {lflidifié lor squ e le solva nt est une huile de pétro le.

33. SOLVANT. Constituant liquide, simple Dl! mix te, volatil dans les conditions nor­mal es dc séchage, ayant la propriété de dis soudre to talement ou partiellement les élément s du liant organique formulé.

34. DIL UANT HÉACTlF. Diluant suscept­tibl e dc s' illt ég rer pal' Iini son chimique à la ma crom oléc ule.

35. PLASTIFIANT. Ad.iuvant des tiné à augmenter l'allon ge ment il la rupture de liant s durcis e t il diminuer leur fra gi lité . On distingue les plastifianls exlcl'n es (géné­l'a lement des es ter s) qui peuvent ê tre consi­dérés COlllllle des cha rges liquides car ils ne s' intègrent pn s par liaison chimique dans la macro lllolécule e t, da n s le cas des bicolllposants r éagissa nt pal' p olyconden­sa tion , les plasli{ian[s intern es ou flexibili­sanls qui parti cipent à la r éact ion.

36. FLEX lBILlSANT. Plastifiant s'in té­g l'nnt paL' li a ison chimique il la macromo­lécul e. Tl est quelque fois appelé plastifiant inte rn e.

37. ST ABIL ISANT. Adjuvant destiné à a mélio re r la co nser va ti on des propriétés du matérinu.

38. CHAH GE. Subs tance ajoutée au liant formulé pOUl' des rai sons techniques ou éCOll01ll iques.

39. ADDITIF. SynonYllle d'ad.iu van t.

40 . THEHMODUHCISSABLE. Se dit d'un poly m ère dont la réti culation cst atteinte ou parachevée, par chauffage.

41. THEHMOPLASTIQUE Se dit d'une macromolécule susceptible d'être rnmollie pal' cha uffage, l'éversiblcmcnl, sans trans­fOl' mation chimiqu e.

15

GLOSSAIRE

Classement par ordre alphabétique

Accé lérateur 29 Liant 17

Add i tif 39 Linnt organique 18

Add llct 15 Liant organique formu lé 19

Adjuvant 31 Macromolécu le 1

Agent d'a morçage 2'/ Monocolllposant 21

Amol'ceu l' 27 ~lronoIl1èrc 3

Bicomposant 22 Mo l if monomère 4

Cata lyseur 26 Oligomèl'c 7

Charge 38 P las ti fiant 35 \

Copolymère 9 Polyaddit ion 16 Capo IYlnél'isation ID Polycondensat 14 Diluant 32 Polycondensa tion 6 Di luant réactif 34

Polymère 2 Durcisseur 23

5 D urée pratique d'util isation (DPU) 25

Polymér isation

Pl'épolymère 13 Du rée de vic en pot 25

36 Hésine 20

Flexibi lisant

Fluid ifian t 32 Réticu lation 11

F luxant 32 Rét icu lai 12

Gélification 24 Solva nt 33

Homopolymèl'c 8 Stabilisant 37

Inhibiteur 30 Thcl' ll1od 1I l'cissable 40

Init iateur 28 T herill oplas tiq uc 41

16

ANNEXE

Remarques sur la terminologie utilisée

PREMIÈRE REMARQUE

Duns le texte qui précède, el qui est consacré nu rappel des bases de la chimie macromolé­culaire n écessaires à l' élude des liants organiques, nous entendons par « POLy~'rERES » toute macromolécule dont la structure comporte la multirépélition d'un nombre limité de motifs monomères (en général moins de 4) .

C'est la définition ]a plus générfllcmcnt ndoptée actuellement par les spécialistes de chimie macl'olilOléc ulnire enr elle présente l'avantnge de perlllettre le développement ultérieur d'un langage précis. En génie civil, elle se heurte cependant à une autre conception, présentée notamment dan s le dictionnaire RILEM [ 9 J olt il est écrit à l'article « POLYMERE»: Substance composée de molécules Ires grandes dont la SlrllclllI'e est essentiellement cm'ac­tél'isée pal' la répétition d'lin groupe chimiqu.e qui en constitlle l'ulIité struclul'ale.

Si ln définition précédente l'end pnrfaitement compte de la structure de composés simples tels que le polystyrène:

,--- -- - - --- .. , CH ~ CH, -'- CH - CH;-,

© ,

@ ,

p , , .' , 1 , 1 , 1 1 , , ,

J , ----------~

styrène motif structural élémentaire du polystyrène

elle ne saurait s'appliquer à celle de composés tels que les rés ines époxydes réticulées qui sont les liants nobles les plus utilisés en génie civil et que l'usage fait pourtant entrer dans la catégorie des polymères,

En effet, ces liants sont réticul és en place pal' réaction d'une « hase » diépoxyde sur un « durcisseur » polyaminé selon le schéma:

«base» diépoxyde

B D _ rH - CH, - NH -

OH -._---- --- ------ _ .. __ .... 1er motif structural élémentaire

«durcisseur» diminué / ~------------------~ V ,- - - - ------ - - - -- ., , ,

; B

""" - CH - CH,

: bH "" 6 ~ N- """,;"" etc ,

JL - CH CH,/ 1

:, __ .6Jl. _ .. ___ . _, _,' 2e motif structural élémentaire

D CH, - NH - "":"

B / : 0 '----.,~ -CH , ~ ,\ B etc,

: 0 - CH2 - CH - ""':"'"

6H ' 3e motif structural élémentaire

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O n ne pe ut plu s parler, dan s ce cas, dc « l'r pétilion d ' un g roupe chimique qui cons titu c l'unit é s tructura le :. du polymè re. Par contrc, on re trouve dan s to ut e la macromol éc ulc la répétition

B D dc deu x élé ment s s tructurau x (no lé ici ~ et -- ) , re li és e nlrc c ux pal' diverses combin aisons dcs g l'oupell lcnts ronctionncls (liaisons covalentes).

Dans ces condilions, il es t bicn évid cnt qll c s i r Oll ve ut c lasse r les l'CSlll es époxydcs ré tic ulées parmi Ics po lymères (e l sui vre Cil ce la l' usugc co ura nt ), il cs t nécessairc de re voir lu défi nition lII èlll c de cc tCl"Ill e. C'est le parti qllc nOLI S avons l'ri s .

DEUXlt~1E REMARQUE

Elle a trnit fi l'cmploi des tcrlli es thel'm oplastiqu es c l thermodurcissables.

Nou s nvons vu, dnns lc chapiLrc consac ré ù la s tructure dcs polymèrcs, CO llllll cnt ces te rlll es onl é lé introduit s c l cOlllbien ils é ta icnt ilia 1 adapt és ft leur e mploi, surtout Ic second. Si ccpendant nou s les avon s conservés, c'es t ra ute de tro llver d es rClllplaça nt s dont l'cm plo i SOI t s u sceptible de fair e l'un a nimit é.

No tons, p our therllloplas tiqu e : « therJl10pla s le du type plasLomère :. ou cncore « nexo lll èr e :t ; pour the rm odurc issa hlc : « th ermodul'cis :t ou « lhe rmod ul's » COlllllle nous ayons V ll , ou hicn « lIlonoplas tes du type l'igid illlè l'c :t ou enco re « dul'o lllères , . Ccs termes ne l'eco uVl'cn t d 'aillc urs pas tous exacte llle nt la lIIê llle c hosc.

Quoi qu ' il en soit, ici COlllme Ù c ha quc fo is que J'on s' intéresse à la tCl'lllino logic d ' une techniqu c cn évo lution , le s uj c t cs t loill d 'è lrc épuisé .

BIBLIOGRAPHIE

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