Les dérivés du pétrole sont innombrables mais parmi ceux ci certain sont notable comme l'essence, le kérosène, le gazole ou des monomères qui sont la base de plastiques. Ils sont la base de matière ou l'énergie de moteurs; cependant ils sont également la cause de pollutions diverses. La première partie sera donc consacrée aux utilisations de ces dérivés, et notamment au fonctionnement du moteur à explosion et du réacteur, et à la fabrication du plastique. La seconde partie traitera des conséquences écologiques : Pourquoi cette matière naturelle, à base de végétaux, est si polluante quelle que soit sa forme?
Le plastique est aujourd'hui un élément indispensable dans les sociétés développées pour son bon rapport qualité/prix et sa facilité de mise en oeuvre; de plus il peut être mou ou dur, coloré, transparent ou opaque et il peut prendre toutes les formes. Ses utilisations sont d’une diversité rare: finition de véhicules, emballages, jouets, sacs jetables, tuyaux, sols, lampes...
Le premier plastique naît en laboratoire en 1819, créé par Henry Braconnot, mais il ne connaît sa première application pratique qu’en 1868, associé à du camphre, un plastifiant qui le rend malléable, pour créer des boules de billard qui était jusqu’alors en ivoire; cette création est l’oeuvre de John Wesley et de Isaiah Hyatt. Mais pourquoi utilisé du pétrole dans le processus de fabrication?
Les hydrocarbures contenant entre six et onze carbones sont considérés comme du naphta ; ce liquide par vapocraquage (chauffé avec de la vapeur d’eau à 850°C) donnera des petites chaînes carbonées appelées monomère. Ces molécules vont ensuite être assemblé dans un réacteur pour former de longues chaînes appelées polymères, qui forment le plastique. Exemple :
Par ailleurs le PCV (polychlorure de vinyle) a pour modèle de base:
Les différences entre les plastiques viennent donc de la structure du monomère de base. Le PCV a subit une polymérisation hétérogène: Les polymères sont insolubles avec les monomères; il existe aussi la polymérisation homogène comme c’est le cas du polystyrène, où monomères et polymères sont solubles. Les polymères formés par polycondensation perdent des éléments lors de leur formation comme, par exemple, de l’eau; c'est le cas du polyester.
La fabrication du plastique:
C’est le pétrole qui permet la fabrication du plastique que l’on connaît, c’est à dire économique. En effet l’assemblage des monomères permet d’obtenir du plastique bon marché mais si les fabricants de cette matière doivent ajouter le coût de formation des monomères, il en résultera une inévitable inflation qui sévira dans tous les secteurs de l’économie.
Le réacteur naît dans les bureaux d’étude de Heinkel en 1939, en Allemagne, pour équiper un prototype d’avion de chasse, le He178. Ces moteurs révolutionnaires laissent dubitatifs les dirigeants allemands, à cause des problèmes de mises aux points, et ce n’est qu’à partir de 1944 qu’ils sont utilisés sur des avions offrant des performances bien supérieures aux avions équipés de moteur à pistons. Aujourd'hui le réacteur a une importance considérable mais qui se cantonne au monde aéronautique et, industriel. Toutefois l’aviation a un rôle économique et politique majeur; mais que se soit pour transporter le milliard de touristes en 2010, pour les transports postaux, humanitaires ou pour la défense ce rôle repose sur le réacteur.
Celui-ci fonctionne, comme son nom l’indique par le principe de l’action et de la réaction: le premier système est l’avion et le second l’atmosphère. En rejetant des gaz dans l’atmosphère, cette dernière exerce sur l’appareil une force égale et opposée qui le propulse (à l’inverse les avions à moteur à pistons "aspirent" l’air pour avancer). Pour expulser de l’air à grande vitesse, le réacteur peut avoir différentes structures. Le principe général consiste à aspirer de l’air par une série de rotors, sortes d’hélices constituées d’une cinquantaine de pales; cette première série est appelée le compresseur: elle compresse de l’air dans la chambre de combustion située juste derrière. Dans celle ci est injectée du kérosène en continu, qui explose projetant des gaz hors du réacteur, poussant par réaction l’avion. Par ailleurs, en sortant il met en marche un rotor arrière directement relié au rotor du compresseur, ce qui permet d’économiser de l’énergie pour compresser l’air. Ce principe est celui d’une turbine classique, car il existe d’autres formes de réacteurs comme le turbopropulseur, muni d’une hélice tractive en plus de leur turbine propulsive, les deux moyens de propulsions étant reliés, une fois encore dans un souci d’économie d’énergie. De plus les réacteurs à double flux, utilisés par les avions modernes jouent sur la forme du réacteur pour en tirer le maximum de puissance, jusqu’à 80% de la puissance totale; les turbines propulsent donc le cinquième de l’avion en vol et lui servent à décoller. C’est pour cela que les rotors avant sont gigantesques (jusqu’à cinq mètres de diamètre), pour faire circuler l’air dans ces conduits; l’air rentre dans le réacteur avec une certaine vitesse et la forme triangulaire de la turbine implique un chemin plus long à parcourir, dans le même temps, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de l’air dans le réacteur et à sa sortie, et par conséquent une propulsion supplémentaire de l’appareil (de la même manière le bombage de l’aile permet à l’avion de voler).
Enfin les statoréacteurs sont les réacteurs de l’avenir : Ils tirent la totalité de leur puissance sur la forme de leur tuyère, sans avoir recours, en vol, à des rotors ou autres hélices.
Le kérosène est utilisé comme carburant pour ces moteurs grâce à ses propriétés physiques et chimiques: en effet les turbines d’avions sont soumises à des températures très variables allant de – 50°C, à basse vitesse entre la troposphère et la stratosphère (ce sont les conditions de vols des avions de lignes), jusqu’à des centaines de degré Celsius pour les avions de chasse, soumis aux frottements de l’air qui chauffent le revêtement et donc le réservoir. De plus le kérosène a la capacité de brûler avec très peu d’oxygène, caractéristique nécessaire pour ces moteurs où, à haute altitude le dioxygène se raréfie.
La turbine industrielle reprend la structure générale du réacteur en y ajoutant un alternateur pour la production d’électricité.
Ces derniers fonctionnent grâce à de l’essence ou à du gasoil. Ces carburants sont les « représentants » du pétrole dans la vie quotidienne : en effet le pétrole est souvent assimilé à de l’essence ou à du gasoil car il est utilisé au quotidien par une grande partie de la population. Les gens achètent directement et uniquement ce produit pour sa caractéristique d’énergie stockée, contrairement par exemple, au kérosène où ils achètent ce carburant en achetant un billet d’avion. Le moteur à essence est né en Allemagne en 1885, créé par Benz, et le moteur diesel est l’œuvre de Rudolf Diesel, conçu en 1892 dans le même pays. Mais c’est le moteur utilisant l’essence qui a un plus grand succès car il développe plus de puissance, le carburant étant plus léger : Ainsi aujourd’hui dans le monde de l’automobile, le record de puissance d’un moteur essence est de 1001 chevaux alors que les moteurs diesels ne dépassent pas 350 chevaux.
Jusqu’aux années 70 le gasoil était donc destiné à un usage industriel (dont la production d’électricité), maritime et ferroviaire pour son coût moins élevé que celui de l’essence et cette dernière actionnait alors les automobiles, tous les avions jusqu’à l’avènement du réacteur et aujourd’hui elle propulse les avions et les bateaux de tourisme et les outils de jardinages.
Parmi les quatre temps du moteur on distingue :
- L’arrivé du mélange air essence en provenance du carburateur. Ce mélange est aspiré dans le cylindre par la descente du piston qui provoque un vide ; la soupape d’admission est alors ouverte, c’est la phase d’aspiration.
- Ensuite la soupape d’admission se ferme le cylindre est alors parfaitement étanche et le piston commence à remonter, compressant le mélange air essence, c’est la phase de compression.
- Compressé au maximum, le mélange explose ; dans les moteurs diesel cette explosion est due aux conditions élevés de pression et de température créées par le moteur, et dans les moteurs à essence le mélange explose sous l’action de l’étincelle de la bougie, c’est la phase de détente.
- Enfin le piston remonte de nouveau mais cette fois la soupape d’échappement est ouverte et les gaz sortent, c’est la phase d’échappement et le début d’un nouveau cycle.
Les moteurs à deux temps ont été créés dans la perspective de gagner deux fois plus de puissance avec le même piston en divisant par deux le nombre de cycle: dans ces moteurs les quatre cycles sont réalisés avec un seul tour de vilebrequin (contre deux dans les moteurs à quatre temps). Cependant la combustion est souvent mauvaise et le rendement médiocre. Leurs avantages résident dans leurs simplicités de fabrication et de fonctionnement, d’où une grande utilisation de ces moteurs dans le cas où on a recourt à des moteurs de faible puissance.
