Leo Baekeland et les débuts de l’ère du plastique

Contexte et objectifs

Ce mémoire étudie l’invention du Bakelite et la manière dont ce matériau a inauguré l’« âge du plastique ».  Le 13 juillet 1907, Leo Hendrik Baekeland dépose un brevet pour le premier plastique entièrement synthétique.  Ce brevet, qui décrit la condensation du phénol et du formaldéhyde sous l’effet de la chaleur et de la pression, est considéré comme une étape décisive car il marque la transition entre des matériaux naturels ou semi‑synthétiques (celluloïd, collodion) et des polymères purement synthétiques.  Le mémoire reconstitue les circonstances ayant permis au fils d’un cordonnier belge de créer un matériau qui façonne encore aujourd’hui notre quotidien.

Le terme 

Kunststoff

 et le contexte des plastiques

Alors que le mot anglais “plastic” dérive de la malléabilité de la matière, le terme allemand Kunststoff (littéralement « matière artificielle ») est forgé vers 1910 par le chimiste Ernst R. Escales, fondateur de la revue Kunststoffe.  Escales voulait désigner des matériaux fabriqués exclusivement à partir de matières premières artificielles telles que le phénol et le formaldéhyde ; l’expression devient rapidement emblématique de la jeune industrie des plastiques.  Longtemps, les Allemands ont parlé de plastische Massen (« masses plastiques ») ou utilisé des noms comme Kunstseide (rayonne) ou Kunstharz (résine synthétique), mais après la Seconde Guerre mondiale, “Kunststoff” s’impose comme terme générique.  Le mémoire souligne que le glissement sémantique de Kunst (art, artificiel) vers Kunststoff traduit l’acceptation sociale plus large des matériaux synthétiques, notamment après le boom économique des années 1950.

Qu’est‑ce que le Bakélite ?  Chimie, matières premières et technologie

Matières premières et types de résine

Le bakélite est une résine phénolique obtenue par condensation du phénol (ou de ses homologues comme le crésol) avec le formaldéhyde.  Le phénol était à l’origine un sous‑produit indésirable de la distillation du goudron de houille.  Le formaldéhyde est un aldéhyde simple issu de l’oxydation du méthanol.  Baekeland expérimente des condensations catalysées par des acides et des bases et introduit des noms pour les différents produits : Novolak (résines phénol‑formaldéhyde thermoplastiques) et résol/Bakelite A, B et C (résines thermodurcissables).  Aujourd’hui, le résol correspond au stade A, le résitol au stade B et le résit au stade C complètement réticulé.  À ce stade, le bakélite est dur, insoluble, infusible, doté d’une grande résistance mécanique et chimique — des propriétés que Baekeland ne savait pas expliquer entièrement.

Technologie de fabrication

Le mémoire explique comment Baekeland améliore les réactions phénol‑formaldéhyde en contrôlant la température, la pression et le rapport phénol/formaldéhyde.  Là où ses prédécesseurs tentaient d’éviter le dégagement de gaz, il l’accélère et le confine dans un autoclave qu’il baptise Baekelizer.  En chauffant les réactifs à 160–180 °C sous pression, il obtient une résine visqueuse pouvant être moulée puis durcie en une masse dure et insoluble.  Trois étapes de transformation sont distinguées :

• Étape A (résol) – résine de faible masse molaire, liquide ou fusible, soluble dans l’alcool et l’acétone ; sert à imprégner le bois ou le papier avant le durcissement.
• Étape B (résitol) – résine intermédiaire moulable à chaud mais seulement partiellement soluble ; composant des mélanges de moulage.
• Étape C (résit/bakelite C) – résine complètement réticulée ; dure, résistante à la chaleur, isolante sur le plan électrique et chimiquement inerte.

Des charges (farine de bois, amiante, fibres de verre, flocons de coton, etc.) sont incorporées au résol pour former des composés de moulage.  Ces poudres sont pressées à chaud pour obtenir des pièces, démoulées au stade B puis durcies au stade C dans le Baekelizer.

Le chemin de Baekeland vers le bakélite

Formation, début de carrière et inventions photographiques

Baekeland (né à Gand en 1863) grandit dans la pauvreté mais obtient des bourses grâce à ses excellents résultats.  Passionné de photographie, il améliore les plaques sèches et invente en 1892 le Velox, un papier photographique pouvant être développé à la lumière artificielle.  Ce produit répond aux besoins du marché amateur et attire l’attention de George Eastman.  En 1899 Baekeland vend la Nepera Chemical Co. et les brevets du Velox à Eastman Kodak pour environ 750 000 dollars ; cette vente le rend financièrement indépendant et lui permet d’équiper un laboratoire privé dans sa maison « Snug Rock » sur l’Hudson.

Électrochimie et orientation vers les polymères

Entre 1900 et 1902 Baekeland étudie l’ingénierie électrique à Berlin et se passionne pour l’électrochimie.  Il collabore avec la Hooker Electrochemical Company pour améliorer le procédé chlor‑alcali de Townsend et obtient plusieurs brevets.  En 1904 il cherche un nouveau domaine de recherche.  Ses cahiers montrent qu’en 1905 il se tourne vers les phénols et aldéhydes, conscient des travaux d’Adolf von Baeyer, Kleeberg et Luft sur les résines phénoliques.  Il lui faudra deux ans pour maîtriser cette réaction exothermique et trouver des conditions contrôlables.  Le 20 juin 1907, il produit 180 litres de résine dans sa cuve sous pression « Old Faithful », marquant ainsi la percée.

Publication et articles stratégiques dans 

Chemiker‑Zeitung

Baekeland comprend que son invention nécessite des partenaires industriels.  En 1909 il publie un article en quatre parties dans la revue allemande Chemiker‑Zeitung, visant délibérément les entreprises allemandes du goudron de houille et de l’électricité.  L’article décrit les essais infructueux de ses concurrents puis sa propre méthode, démontrant la nouveauté du contrôle par pression.  Peu après, il expose ses travaux au New York Chemists’ Club sous le titre « The Synthesis, Constitution and Uses of Bakelite » et suscite l’intérêt.  Ce n’est toutefois qu’en s’alliant avec le groupe allemand Rütgers‑Werke, spécialiste de la distillation du goudron, que la production à grande échelle devient possible.

Industrialisation et conflits de brevets

Coopération avec les Rütgers‑Werke

En 1909, lors d’un séjour à Berlin, Baekeland convainc le directeur de Rütgers, Sally Segall, d’acquérir les brevets du bakélite pour l’Europe continentale.  La Bakelite Gesellschaft mbH est fondée en 1910 à Erkner près de Berlin, copropriété de Rütgers et Baekeland.  Les premiers Baekelizers sont installés dans un hangar aménagé et, fin 1909, l’entreprise fournit déjà l’industrie électrique régionale.  Quelques années plus tard, le bakélite est produit dans des usines dédiées et utilisé dans les interrupteurs, prises, têtes d’allumeur, boîtiers de téléphone, caisses de radio et innombrables objets domestiques.  Dans les années 1930, l’usine d’Erkner devient le plus grand fabricant européen de composés de moulage phénoliques et continue à fonctionner (malgré les destructions de guerre et la nationalisation ultérieure en RDA) jusqu’aux années 1990.

Batailles de brevets et Bakelite Corporation

Le succès commercial du bakélite suscite de nombreuses imitations.  Le chimiste allemand Hans Lebach dépose des brevets pour le « Resit » et, aux États‑Unis, Jonas Aylsworth (Condensite) et Leo V. Redman (Redmanol) revendiquent des procédés similaires.  Baekeland défend vigoureusement sa priorité, arguant que les produits concurrents sont des novolaks nécessitant une pression pour durcir ou utilisent des réactifs qu’il a déjà brevetés.  Les tribunaux lui donnent raison ; les entreprises rivales paient des licences ou fusionnent.  En 1922 Condensite, Redmanol et General Bakelite Co. fusionnent au sein de la Bakelite Corporation, avec Baekeland comme président.  Cette consolidation permet une commercialisation coordonnée et des améliorations de qualité, et l’entreprise prospère dans les années 1920 et 1930.

Histoire ultérieure

Le mémoire suit la production de bakélite à travers les bouleversements de la Seconde Guerre mondiale et de la guerre froide.  En Occident, l’activité se déplace vers Munich‑Pasing puis Lethmathe et se diversifie dans les résines phénoliques et époxy.  L’entreprise est intégrée au groupe Hexion Specialty Chemicals au début des années 2000.  En Allemagne de l’Est, l’usine Plasta Erkner continue de fabriquer des composés de moulage phénoliques (notamment pour la carrosserie en duroplast de la Trabant) et imite les innovations occidentales.  Après la réunification, le site est privatisé puis fermé.  Le mémoire note aussi l’expiration du brevet en 1927, qui entraîne la création de centaines d’usines de moulage en Allemagne.

Applications et impact culturel du bakélite

Un matériau aux « mille usages »

Les propriétés du bakélite — dureté, stabilité dimensionnelle, isolation électrique et thermique, résistance à l’humidité et aux produits chimiques — en font un matériau idéal pour de nombreux articles.  Un article précoce de Kunststoffe souligne que le bakélite C forme une masse dure qui ne se raye pas à l’ongle, ne conduit pas l’électricité, résiste jusqu’à 300 °C et n’est pas attaquée par des acides ou bases dilués.  Transparente ou colorée, la résine peut être usinée comme la corne ou l’ambre.  L’article mentionne des applications allant des embouts de pipe, poignées de parapluie et boutons jusqu’au bois imprégné plus dur que l’acajou, aux vernis pour ferrures et aux liants pour abrasifs et garnitures de frein.  Ces notes techniques sont probablement rédigées par le chimiste de Rütgers Adolf Weger afin de promouvoir la polyvalence du produit.

Industrie, transports et design

Le bakélite est rapidement adopté par l’industrie électrique.  Sa capacité à isoler des fils et composants à faible coût accompagne la rapide électrification des années 1920.  Avant le bakélite, l’isolation reposait sur le caoutchouc, la gomme-laque, la porcelaine ou le bois, matériaux parfois dangereux ou inadaptés aux hautes tensions.  Le mémoire affirme que le bakélite rend possible la production de masse d’interrupteurs, prises, disjoncteurs et autres équipements électriques.  Il pénètre aussi l’industrie automobile et ferroviaire pour les têtes d’allumeur, bobines d’allumage, volants et pièces isolantes des trains et tramways électriques.  Les peintures et vernis modifiés par des résines phénoliques sont plus durables et résistants à la corrosion.  Des feuilles phénoliques stratifiées servent de matériaux structuraux solides et résistants à la chaleur.

L’arrivée du bakélite transforme les industries du téléphone et de la radio.  Les premiers téléphones, fabriqués en bois, sont onéreux ; la moulure de boîtiers en bakélite réduit les coûts d’environ 30 % et permet des designs plus compacts.  Des téléphones standardisés en bakélite apparaissent dans les années 1930 aux Pays‑Bas et en Grande‑Bretagne, et des designers industriels comme Henry Dreyfuss créent des modèles profilés devenus emblématiques.  De même, les caisses de radio, initialement en bois et nécessitant beaucoup de main‑d’œuvre, sont moulées en résine phénolique, permettant la production de centaines de milliers d’appareils par an pour répondre à la demande croissante des années 1920 et 1930.  Le mémoire relie ces développements à la naissance d’un **âge de l’information ** : la production massive de téléphones et de radios permet une communication rapide et des échanges culturels, soutenue par la disponibilité de plastiques isolants bon marché et sûrs.

Art Déco et mode

Du milieu des années 1920 aux années 1950, les objets en bakélite sont associés à la modernité et au mouvement Art Déco.  La capacité du matériau à prendre des couleurs vives et des finitions brillantes le rend populaire pour les bijoux, pièces d’échecs, radios et ustensiles de cuisine.  Des designers du Deutscher Werkbund adoptent l’esthétique fonctionnaliste selon laquelle la forme suit la fonction, et même des créateurs de mode comme Coco Chanel utilisent le bakélite coloré pour des bijoux fantaisie.  Le mémoire souligne que ces tendances culturelles auraient été impensables sans l’invention de Baekeland.

Le mémoire : le bakélite comme point de départ de l’ère du plastique et de l’information

Dans son chapitre final, le mémoire affirme que le bakélite ne se contente pas d’inaugurer l’industrie des plastiques ; il fournit le socle matériel de la seconde révolution industrielle et de l’âge de l’information.  En tant qu’isolant électrique, il permet l’extension rapide des réseaux électriques et téléphoniques, illustrée par le taux d’électrification à Berlin qui passe de 6,6 % des foyers en 1918 à plus de 76 % en 1933.  Les techniques de production de masse développées pour le moulage du bakélite contribuent à créer une culture de consommation abordable pendant la crise économique des années 1930.  L’utilisation généralisée des plastiques synthétiques modifie aussi le travail domestique en introduisant des appareils électroménagers qui réduisent l’effort manuel.  Le mémoire conclut que la combinaison d’expérimentation empirique, de sens des affaires et de persévérance a permis à Baekeland de transformer un déchet (le phénol) et un produit chimique bon marché (le formaldéhyde) en un matériau aux conséquences technologiques, économiques et sociales considérables.

Ce résumé est fondé sur le mémoire de master de 2014 « Leo Baekeland und der Beginn des Kunststoffzeitalters » et cite des pages sélectionnées comme preuves clés.