MACROMOLÉCULES

Objectifs

Depuis son origine, la science des polymères est confrontée à la problématique de la détermination de la taille des macromolécules et de la forme qu'elles adoptent dans l'espace. La connaissance de la conformation des chaînes dans un environnement donné ainsi que la corrélation de cette information avec les caractéristiques structurales de l'échantillon considéré (nature chimique du motif constitutif, masse molaire moyenne, distribution des masses) constituent un préalable à toute étude sur son comportement physico-chimique ou physico-mécanique. Si la masse molaire moyenne d'un échantillon et sa polymolécularité dépendent avant tout des conditions de synthèse choisies par l'expérimentateur, la conformation des chaînes de polymères résulte, quant à elle, de l'interrelation entre la structure de leurs unités constitutives et le milieu physique dans lequel ces chaînes sont placées (présence de solvant ou d'autres polymères, température, état étiré ou au repos). Indépendamment de ces considérations, il apparaît que c'est en solution (à l'état de soluté) qu'un échantillon peut être le plus aisément caractérisé (à l'exception notable de la technique de diffusion neutronique, qui ne nécessite pas la présence d'un solvant pour permettre la caractérisation du polymère étudié).

L'osmométrie, la diffusion de la lumière, la chromatographie d'exclusion stérique ou la viscosimétrie, techniques qui requièrent toutes des solutions diluées de polymères, sont des méthodes de caractérisation très utilisées et complémentaires. Elles permettent d'accéder à des informations aussi diverses que la polymolécularité, les masses molaires moyennes, le rayon de giration ou la forme des macromolécules.

Outre la détermination des caractéristiques moléculaires d'un échantillon, l'étude des solutions macromoléculaires a permis de connaître les facteurs qui influent sur le comportement des polymères en solution. Le nombre d'applications faisant intervenir des polymères en solution (peintures, produits cosmétiques ou alimentaires, etc.) atteste le remarquable effort cognitif dont ce domaine a bénéficié.

Facteurs affectant la conformation des chaînes

Une solution contenant des macromolécules diffère d'une solution de molécules organiques simples en premier lieu par la répercussion à longue distance des interactions qui peuvent s'y développer. La grande taille et la connectivité (c'est-à-dire le fait que toutes les unités monomères de la chaîne soient liées les unes aux autres) d'une chaîne macromoléculaire impliquent, en effet, qu'elle peut interagir avec d'autres éléments de la solution sur plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de nanomètres et cela de multiples manières. Ces interactions sont, par exemple, celles qui s'établissent entre les motifs constitutifs de la chaîne et les molécules de solvant, interactions qui, répétées de nombreuses fois, contribuent à allonger la chaîne ; les interactions peuvent aussi concerner le contact temporaire entre deux chaînes de la solution à travers la formation d'un enchevêtrement.