Par Karen G. Blaettler | Mis à jour le 24 mars 2022

Les polymères sont des macromolécules polyvalentes qui constituent la base des organismes vivants et de nombreux matériaux du quotidien. Alors que la durabilité devient une priorité absolue, la compréhension des polymères naturels (ceux produits par des processus biologiques) est essentielle pour développer des alternatives écologiques aux plastiques synthétiques.

TL;DR

Les polymères naturels comprennent la cellulose, la chitine, les amidons, les sucres, les protéines (peau, muscle, soie d'araignée, laine), l'ADN, l'ARN et le caoutchouc naturel. Ce sont principalement des polymères de condensation formés par liaison monomère avec libération d'eau.

Que sont les polymères ?

Les polymères sont de longues chaînes de sous-unités répétitives appelées monomères. Le terme « poly » signifie plusieurs, « mono » signifie un et « mer » fait référence à une partie. Lorsque les monomères s'associent, ils créent une macromolécule aux propriétés distinctes basées sur le type de monomère et sa disposition.

Comment les monomères se connectent

Les monomères se lient de deux manières fondamentales :

• Polymères d'addition – les monomères se fixent directement, en ajoutant une unité à la fois. La plupart des plastiques synthétiques, comme le polyéthylène, sont formés de cette façon.
• Polymères de condensation – les monomères se lient en libérant une petite molécule (généralement de l’eau). Il s'agit du mécanisme prédominant pour les polymères naturels.

Étant donné que les réactions de condensation génèrent de l'eau comme sous-produit, de nombreux polymères naturels présentent des caractéristiques hydrophiles.

Les polymères naturels en détail

Les polymères naturels sont produits par les organismes et jouent un rôle crucial dans la structure, le stockage d'énergie et la communication. Exemples clés :

• Cellulose – le principal composant structurel des parois cellulaires végétales.
• Chitine – trouvé dans les exosquelettes des arthropodes et les parois cellulaires fongiques.
• Glucides – les amidons (réserves énergétiques) et les sucres (vecteurs énergétiques).
• Protéines – 20 acides aminés se combinent en une myriade de séquences pour former diverses protéines telles que la peau, les muscles, les cheveux, les ongles, les plumes, les sabots, la fourrure et les tissus conjonctifs.
• Fibres animales – la laine et la soie sont des polymères protéiques; la soie d'araignée est réputée pour sa résistance exceptionnelle.
• Polynucléotides – L'ADN et l'ARN transportent des informations génétiques.
• Caoutchouc naturel – le polyisoprène produit par les hévéas.

Ces polymères sont des polymères de condensation, ce qui signifie qu'ils se forment par élimination de l'eau lors de la formation de la liaison.

Pourquoi étudier les polymères naturels ?

Comprendre la structure et la fonction des polymères naturels éclaire la conception de matériaux biodégradables, de biocarburants et de composites avancés. Leurs origines renouvelables et leur biodégradabilité en font des candidats attractifs pour réduire les déchets plastiques.

Polymères synthétiques :un contraste

Les polymères synthétiques offrent des propriétés prévisibles, une uniformité et la capacité de concevoir des matériaux pour des applications spécifiques. Exemples :

• nylon
• époxy
• polyéthylène
• plexiglas (acrylique)
• styromousse (polystyrène expansé)
• Kevlar® (fibre aramide)
• Téflon® (PTFE)

Alors que les polymères synthétiques dominent l'industrie manufacturière moderne, leur persistance dans l'environnement souligne la nécessité de trouver des alternatives durables.

Conclusion

Les polymères naturels, formés par des systèmes vivants, présentent une diversité remarquable de fonctions et de structures. En étudiant ces macromolécules biogéniques, les scientifiques peuvent développer des matériaux de nouvelle génération alliant performance et gestion de l'environnement.