Catalyse de polymérisation

La seconde moitié du XX^e siècle aura connu une avancée considérable de la chimie et de la technologie des matériaux plastiques. Quelques chiffres suffisent pour s’en convaincre. En 1940, la production globale de plastiques s’élevait à environ un million de tonnes, aujourd’hui elle avoisine la centaine de millions de tonnes ! Conçues initialement comme des produits de remplacement des produits naturels, les matières plastiques se sont vite imposées dans de nombreux domaines au détriment d’autres matériaux, métalliques par exemple. Une raison importante de cette percée est le coût relativement bas des matières premières et de l’énergie nécessaire à la fabrication et à la mise en forme des plastiques, associé à des propriétés nouvelles dont la première est le rapport favorable poids/performances.

Parmi toutes les méthodes de synthèse, la catalyse de polymérisation promue par les complexes de métaux de transition occupe une place très importante, que les polymères soient de grande diffusion (polyoléfines) ou de spécialité (copolymères monoxyde de carbone-éthylène ou polycyclooléfines). Connue depuis les années 1950 avec la découverte des systèmes catalytiques à base de chrome (Phillips) ou de titane (Ziegler), cette catalyse n’a jamais cessé d’évoluer pour conduire à des procédés plus productifs, plus sélectifs et venant enrichir de nouveaux produits la gamme des matières plastiques. La raison de cet engouement tient sans doute largement à l’abondance et au faible coût des matières premières utilisées (oléfines, monoxyde de carbone).

Les polyoléfines représentent une part importante des polymères produits à l’aide des catalyses de polymérisation. À la fin des années 1950, parmi les matériaux thermoplastiques, la place occupée par les polyoléfines obtenues par catalyse était minime. En 1960, cette part représentait déjà 20 % à l’échelle mondiale ! Ainsi, en peu de temps, la découverte de la catalyse Ziegler a eu un impact énorme dans l’industrie chimique, les polyoléfines devenant très rapidement des produits de grande diffusion.

Depuis quelques années, un pas supplémentaire a été franchi avec l’arrivée sur le marché de polymères obtenus à l’aide de catalyseurs nouveaux (catalyse métallocène, catalyse au palladium de Shell). D’aucuns prédisent que ces nouveaux produits pourraient à terme concurrencer des matières plastiques courantes comme par exemple les copolymères éthylène-acétate de vinyle (EVA), les polyamides ou les polycarbonates. Soulignons à cet égard que l’apport de la chimie organométallique a été considérable pour expliquer et élucider les mécanismes mis en jeu et surtout pour synthétiser de nouvelles espèces organométalliques bien définies.

Cet article a pour objectif de présenter les principales catalyses de polymérisation impliquant des métaux de transition ainsi que les matériaux polymères qui en sont issus.