Par Karen G. Blaettler
Mis à jour le 24 mars 2022
Classe Rafael / EyeEm/EyeEm/GettyImages
À la fin des années 1930, les États-Unis consommaient plus de la moitié du caoutchouc naturel mondial. Aujourd’hui, le caoutchouc naturel est présent dans plus de 50 000 produits américains et le pays importe environ 3 milliards de livres par an. Malgré cela, le caoutchouc synthétique représente désormais la majorité de l'industrie manufacturière moderne :plus de 70 % du caoutchouc utilisé dans le monde.
Le caoutchouc naturel provient du latex, une suspension du polymère polyisoprène dans l'eau. Cet élastomère, c'est-à-dire qu'il peut s'étirer et se plier, forme des molécules à longue chaîne qui confèrent au caoutchouc ses propriétés uniques. Alors que plus de 2 500 espèces végétales produisent du latex, l’approvisionnement commercial provient presque exclusivement de l’arbre Hevea brasiliensis, originaire d’Amérique du Sud tropicale. Les premières civilisations mésoaméricaines mélangeaient du latex avec du jus de gloire du matin pour créer différents types de caoutchouc, allant des balles rebondissantes aux sandales.
Avant 1900, les hévéas sauvages du Brésil constituaient la principale ressource. La demande croissante de vélos et d’automobiles a poussé la production au-delà des limites naturelles. Les graines importées clandestinement du Brésil ont permis la création de plantations d’hévéas en Asie du Sud-Est, qui fournissaient la majeure partie du caoutchouc américain dans les années 1930. La Seconde Guerre mondiale a brutalement interrompu cette chaîne d'approvisionnement, soulignant l'importance stratégique du caoutchouc.
Le voyage commence par un tapotement :une incision minutieuse dans l'écorce d'un hévéa fait sortir le latex dans une tasse. Le latex de nombreux arbres est stocké dans de grands réservoirs. La coagulation (l'ajout d'un acide tel que l'acide formique) fait cailler le polyisoprène en une masse solide, un processus qui prend environ 12 heures. Le roulement élimine l'eau, donnant des feuilles minces d'environ 1/8 de pouce d'épaisseur. Ces feuilles sèchent sur des claies en bois; le fumage pendant quelques jours produit la feuille de fumée nervurée traditionnelle, tandis que le séchage à l'air donne des feuilles séchées à l'air de qualité supérieure. Le caoutchouc crêpe pâle (deux coagulations suivies d'un séchage à l'air) offre la meilleure qualité.
Les caoutchoucs synthétiques résultent de la polymérisation, soit par addition (liaison directe des monomères) soit par condensation (élimination des petites molécules lors de la liaison). Les chimistes allemands se sont intéressés pour la première fois au caoutchouc synthétique lors de la Première Guerre mondiale, produisant 15 tonnes de caoutchouc méthylique par mois à partir d'acétone. La percée a eu lieu en 1929 avec le BunaS (caoutchouc styrène-butadiène, SBR) d'I.G. Farben. En 1955, SamuelHorne a développé un cis‑1,4‑polyisoprène presque naturel à 98 %, permettant le mélange de SBR et de polymères de type caoutchouc naturel qui alimente l'industrie du pneu d'aujourd'hui.
Une fois livré sous forme de balles, le caoutchouc passe par quatre étapes critiques :la composition, le mélange, le façonnage et la vulcanisation. Chaque étape adapte le matériau à son application finale.
La composition ajoute des produits chimiques pour ajuster la sensibilité à la température et les performances mécaniques. Les additifs, tels que le noir de carbone, les silicates d'aluminium anhydres, les antioxydants et les plastifiants, réagissent pendant la vulcanisation pour stabiliser le réseau polymère. Le noir de carbone, dérivé de la suie, est la charge de renforcement la plus courante, améliorant la résistance à la traction, à l'abrasion et à la durabilité aux UV. La plupart des produits en caoutchouc apparaissent noirs à cause de cette charge.
La viscosité du caoutchouc étant élevée, le mélange s’effectue en deux étapes. Tout d’abord, les charges renforçantes forment un mélange maître. Après refroidissement, des agents de durcissement (par exemple du soufre ou des composés sans soufre) sont ajoutés et le mélange est mélangé jusqu'à ce qu'il soit homogène, évitant ainsi une vulcanisation prématurée.
Le façonnage utilise l'extrusion, le calandrage, le revêtement ou le moulage. L'extrusion force le caoutchouc à travers des extrudeuses à vis, tandis que le calandrage le fait passer entre les rouleaux pour obtenir une épaisseur uniforme. Le revêtement combine le calandrage et l’application de matériaux, idéal pour les imperméables ou les bandes transporteuses. Le moulage (compression, transfert ou injection) forme des formes complexes comme des carcasses de pneus ou des joints, avec une vulcanisation simultanée.
La vulcanisation, inventée par Charles Goodyear en 1839, réticule les polymères de caoutchouc, transformant un matériau collant et sensible à la température en un produit durable et élastique. Les procédés modernes utilisent des niveaux de soufre réduits et des accélérateurs, réduisant les temps de durcissement à 15 à 20 minutes. Des techniques sans soufre, telles que le peroxyde ou la radiovulcanisation, sont également utilisées pour des applications spécialisées.
