Cette histoire commence aux États-Unis à la fin du XIXe siècle, le vigoureux « Gilded Age ». Leo Hendrik Baekeland est né en Belgique en 1863. Il est issu d'un milieu ordinaire, son père était un artisan ordinaire et sa mère était une servante. Mais avec son amour du savoir, il entre à l’université et poursuit ses études pour finalement devenir professeur de chimie. En 1889, il immigre aux États-Unis et entre dans l’industrie manufacturière.
En 1905, il synthétise pour la première fois un produit appelé « résine phénolique ».C'est le premier plastique entièrement synthétique au monde.
Il a ensuite déposé un brevet pour ce plastique, lui a donné son nom (Bakélite, traduit par « Bakélite » ou « Bakélite » en chinois) et l'a mis en production de masse. Il fut également surnommé le « Père des plastiques » par le magazine Time le 20 mai 1940.
Alors, comment fonctionne ce processus ? Que pouvons-nous en tirer ? Parlons-en ci-dessous.
Certains téléphones anciens sont en bakélite. Source de l'image : Pixabay
De nouveaux matériaux appellent
Le plastique, produit industriel bon marché, a dépassé les limites des matériaux naturels et est isolant, stable et résistant à la corrosion, ce qui en fait un matériau universel. Avec cette invention, Baekeland lui-même est devenu un magnat de l’industrie.
À première vue, cette histoire est celle de la transformation des connaissances en application et en grand succès. Cependant, la naissance du plastique ne s’est pas déroulée sans heurts. Et Baekeland a pu synthétiser du plastique grâce à de nombreuses coïncidences.
À cette époque, les personnes impliquées dans l’industrie des matériaux chimiques avaient généralement deux objectifs.L’une consiste à remplacer les matériaux naturels et l’autre à développer des matériaux isolants.
Après la révolution industrielle, la classe moyenne s’est développée et la demande de biens de consommation haut de gamme a considérablement augmenté. Certaines personnes souhaitent utiliser des matériaux artificiels pour remplacer les matériaux naturels, comme l'ivoire, l'agate, l'ambre, etc., afin de pouvoir les produire en masse.
Par exemple, la demande de boules de billard sur le marché de consommation à cette époque était très élevée, mais si elles étaient en ivoire, huit boules de billard pourraient être fabriquées à partir d'un ivoire, et le résultat pourrait être imaginé, il est donc devenu rentable de développer de nouveaux matériaux.
Source de l'image : Pixabay
Grâce à une exploration continue, les gens ont découvert que les matériaux contenant des fibres naturelles, tels que le bois, le coton, etc., après un certain traitement, en ajoutant de l'acide nitrique et du camphre et en chauffant, peuvent former des matières plastiques, qui peuvent être moulées sous différentes formes, et dont la texture est très similaire à celle de l'ivoire. Ce matériau est appelé « celluloïd ».
Cependant, ce matériau présente un défaut très fatal :Inflammable.
Les boules de billard étaient constamment frappées et le matériau celluloïd inflammable était une bombe à retardement. Il n’était pas étonnant que des explosions suspectes aient parfois été entendues dans les salles de billard à cette époque.
Après tout, le composant principal du celluloïd est la nitrocellulose, qui est en effet très instable. Si vous ne me croyez pas, vous pouvez allumer une balle de ping-pong (principalement composée de celluloïd) avec un briquet dans un endroit sûr et ouvert, sans objets inflammables à proximité, et vous pourrez sentir à quelle vitesse cette chose brûle.
Une autre demande vient du secteur émergent de l’énergie.
L’essor de l’électricité a suscité une envie de matériaux synthétiques. Les gens veulent trouver un matériau synthétique pouvant être produit à moindre coût et en grande quantité pour répondre aux besoins d’isolation des fils et des lignes.
Quelque chose de semblable à l'hévéa était leur « modèle », mais même si les plantations d'hévéas des colonies tropicales fonctionnaient à pleine capacité, elles ne pourraient pas suivre le développement de l'électricité. Mais à cette époque, les « points de compétence » des matériaux synthétiques n'étaient pas si loin et l'imagination des gens concernant les bons matériaux était également très limitée.
Le problème le plus critique est qu'à cette époque, qu'il s'agisse de chercher des substituts aux matériaux naturels ou aux matériaux isolants, on était en réalité très loin de la véritable recherche chimique. Alors, que faisaient les chimistes à cette époque ?
La réponse est proche, mais...
En fait, les chimistes de l’époque étaient très proches de la « bonne réponse ». Dès 1872, le chimiste allemand Adolf von Baeyer découvrit queAprès la réaction du phénol et du formaldéhyde, il restera des résidus incolores, résineux et troubles.Mais ces résidus étaient à l’époque jetés comme déchets par les pharmacies.
On ne peut pas reprocher aux chimistes d’être aveugles. En effet, l’industrie chimique concentrait à cette époque une grande partie de son attention sur les colorants. Même l’industrie pharmaceutique ultérieure était issue de la fabrication de colorants.
Le fameux « Prontosil », premier antibiotique de synthèse au monde, était autrefois un colorant rouge. L'entreprise qui l'a développé s'appelle Farben, ce qui signifie aussi « couleur » en allemand.
Les chimistes qui se consacrent à la recherche de colorants purs ne s’intéressent certainement pas trop à ces résidus apparemment inutiles.
Revenons à Baekeland lui-même. Avant d’entrer dans l’industrie manufacturière, il avait une formation en recherche chimique. Même si le développement de la chimie en tant que discipline à cette époque n'était pas aussi systématique qu'il le fut plus tard, il fut systématiquement formé à être sensible au sujet, notamment à attacher une grande importance aux expériences.
Avant de venir aux États-Unis, il a enseigné la chimie à l'Université de Gand en Belgique, où il a étudié la photochimie, qui consiste à optimiser les techniques d'imagerie par divers moyens. Le contenu de ses recherches estÉtudiez les catalyseurs et les conditions de diverses réactions chimiques et contrôlez diverses variables pour observer les différences dans le produit fini.
D'une part, cela lui a donné une sensibilité à diverses conditions et éléments que les gens de l'industrie des produits chimiques n'avaient pas. D’un autre côté, il avait également accès à des matériaux de pointe et nouveaux à l’époque, ainsi qu’à des produits de laboratoire fabriqués en série. Il a par exemple participé à l’invention d’un papier photographique appelé Volex, dont le brevet a finalement été racheté par Kodak.
Pour résumer,Baekeland comprend non seulement la recherche, mais s'intéresse également à l'utilisation des substances nouvellement découvertes.
Grâce à sa double sensibilité aux réactions chimiques et à la fabrication des matériaux synthétiques, il découvre avec acuité le potentiel des « sous-produits » de la réaction du phénol et du formaldéhyde. Grâce à des essais et des erreurs constants, il a finalement synthétisé une résine plastique phénolique et a déposé un brevet.
L'inspiration de Baekeland
Si l’on ne voyait que le succès de Baekeland, cela tomberait dans le cliché des « articles scientifiques inspirants et rafraîchissants ». Analysons-le un peu plus en profondeur.
Le succès de Baekeland est quelque peu accidentel, mais il révèle également un élément important de l'innovation technologique :L’innovation révolutionnaire vient souvent de la rupture du cadre existant.
Le chercheur en sciences et technologies et sociologue néerlandais Wiebe E. Bijker a utilisé le terme « cadre technologique » pour expliquer ce phénomène : lorsque les gens explorent de nouvelles inventions technologiques, ils ne sont pas sans direction et ils proviennent souvent d'un cadre existant.
Ce cadre définit « quel est l'objectif », « quel est le problème actuel » et la logique de la façon de résoudre le problème, puis développe les stratégies correspondantes, adopte les moyens correspondants et applique les technologies correspondantes sur cette base. Un tel cadre peut aider à concentrer les ressources et à résoudre des problèmes, mais il peut parfois nous faire passer à côté de nouvelles découvertes importantes.
En revenant à l’invention du plastique, on peut également voir un tel cadre.
Tout d’abord, à cette époque, les gens ne savaient pas ce qu’était le « plastique ». Au cours du processus d'invention, les gens se sont simplement appuyés sur leur cadre existant et ont exploré une solution à partir des problèmes et des solutions déjà définis.
À l'époque, les gens de l'industrie des matériaux, parce que le celluloïd existait déjà, s'efforçaient de le rendre moins inflammable. Ils ont résolu le problème en modifiant les solutions, en ajustant les températures de réaction et de moulage, en incorporant des stabilisants, etc.
À cette époque, leur imagination en matière de matériaux se basait uniquement sur des matériaux naturels, auxquels s'ajoutaient ensuite des considérations telles que les coûts de production et les processus de production. Ce cadre était mature à l’époque, mais il présentait un goulot d’étranglement insoluble : il ne pouvait qu’être amélioré, mais il était difficile de le surmonter.
Quant aux chimistes de l’autre côté, leur cadre technique est complètement différent.
L'objectif des colorants synthétiques et des préparations associées est de trouver et d'extraire un composé aussi pur que possible, tandis que les autres produits ne sont que des déchets ou des « sous-produits ». Le prototype résineux « plastique » produit par la réaction du phénol et du formaldéhyde était difficile à purifier et donc ignoré par la plupart des chimistes de l’époque.
Ce cadre existant fournit des objectifs et des comportements clairs, qui peuvent aider les gens à optimiser en permanence les inventions et les produits existants.
Mais la clé d’une nouvelle invention révolutionnaire réside dans sa « nouveauté » et son imprévisibilité. Le célèbre sociologue historique Thomas Kuhn a également proposé un concept similaire, à savoir le « paradigme », dans son étude du développement scientifique.
Les paradigmes peuvent contribuer au développement de la science conventionnelle, mais la naissance de nouveaux concepts scientifiques tels que la relativité et la mécanique quantique nécessite un paradigme complètement différent pour briser le cadre explicatif original.
Source de l'image : Pixabay
Les opportunités sont toujours réservées à ceux qui sont préparés et à ceux qui peuvent briser le cadre existant et s'engager dans une imagination et une observation ouvertes. L'empire plastique de Baekeland est un héros créé par l'époque, mais aussi le résultat d'une réflexion courageuse et flexible.
Ce type de réflexion est souvent interdisciplinaire et transversal. Et notre innovation ne consiste pas à rechercher des « réponses standard ». Elle ne peut pas se limiter aux calculs d’échelle et d’investissement, ni aux domaines et aux cadres.
De nos jours, de nombreux domaines scientifiques et techniques sont extrêmement spécialisés et la communication entre majors est particulièrement importante. L’innovation technologique ne peut pas être promue par une seule personne ou une seule invention. Les futurs progrès scientifiques et technologiques nécessiteront des confrontations et des discussions entre différents groupes sociaux et différents cadres cognitifs afin de briser continuellement les contraintes des cadres existants.
Références
[1]Bijker, WE (1997). (1997). Des vélos, des bakélites et des ampoules : vers une théorie du changement sociotechnique.MITpress.
[2] Sovacool, B.K. (2006). Réacteurs, armes, rayons X et panneaux solaires : utilisation de SCOT, cadre technologique, culture épistémique et théorie des réseaux d'acteurs pour enquêter sur la technologie. JournalofTechnologyStudies, 32(1), 4-14.
[3] Kuhn, T.S. (2012). La structure des révolutions scientifiques. Presse de l'Université de Chicago.
Planification et production
Cet article est un ouvrage du projet Popular Science China-Starry Sky.
Produit par le Département de vulgarisation scientifique de l'Association chinoise pour la science et la technologie
Producteur｜China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Galaxy Culture Media Co., Ltd.
Auteur 丨Zheng Li Popular Science Creator
Review丨Li Zongpeng, ingénieur principal du Centre national de qualité des produits en plastique de l'industrie légère
Planification｜Ding'ao