Les matériaux. Matériaux 1 / 8 M. GESNOT

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1 I Définition d un matériau : Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets techniques. Un matériau est choisi pour ses propriétés en vue d un usage particulier. La nature chimique, la forme physique, l'état de surface, des différentes matières premières qui sont à la base des matériaux confère à ceux-ci des propriétés particulières. II Classification : On distingue ainsi six grandes familles de matériaux : 1. Les céramiques et les verres : 1-1. Les céramiques : A l origine, fabriquées à partir d argile (poteries), elles concernent également la faïence (carrelage, vaisselle) et la porcelaine (vaisselle). Aujourd hui, elles offrent davantage de possibilités car elles sont de subtils mélanges aux qualités exceptionnelles qui entrent dans la composition d un grand nombre d objets comme les tables de cuisson, les revêtements spéciaux, les filtres d échappement 1-2. Les verres : Ce sont des matériaux très anciens élaborés à partir de sable. Obtenus par fusion, on peut leur ajouter des additifs afin de modifier leurs caractéristiques (ex : verre+plomb=cristal) ou leurs couleurs. Le verre est un matériau très dur mais très fragile. Il est bon isolant électrique mais résiste peu à la chaleur. Il est utilisé dans la fabrication de bouteilles, de vitres, de laine de verre, 2. Les métaux : 2-1. Les métaux naturels : Quelques métaux comme le fer, le cuivre, le zinc, l étain, l argent, l or et le mercure existent à l état naturel et proviennent du sol (minerai, pépites). Ils sont peu utilisés dans leur état d origine mais sont très souvent mélangés à d autres matériaux (métaux ou pas) pour modifier leurs caractéristiques techniques et surtout mécaniques, c est ce que l on appelle un alliage Les alliages de fer et de carbone : La fonte : C est un alliage de fer et de carbone. Le carbone est un élément non métallique que l on trouve dans le charbon. En fusion, la fonte liquide se moule facilement et prend très fidèlement la forme des moules correspondant aux pièces que l on veut fabriquer. Très utilisée dans la fabrication de mobilier urbain, elle est également utilisée dans de nombreuses pièces industrielles et domestiques. Matériaux 1 / 8

2 L acier : Il est comme la fonte est un alliage de fer et de carbone mais il est constitué de moins de carbone. Il peut être allié à de nombreux métaux (magnésium, chrome, molybdène, nickel, silicium ). Ces additifs donnent des caractéristiques très différentes. Certains aciers sont donc plus ou moins fragiles, résistants, cassants, élastiques. La diversité des nuances fait de l acier le métal le plus utilisé L aluminium : C est un métal de couleur gris-blanchâtre, présente l avantage de résister à la corrosion et d être très léger. Il se moule facilement et se travaille sans difficulté. Il permet d obtenir des objets aussi différents que la fine feuille servant à l emballage ou des grandes pièces de l industrie (pièces d aéronautique,...) ou des pièces à usages domestiques (bâtiment, automobile, ustensiles de cuisine ). Les alliages d aluminium : - Le Zamac : C est un alliage d aluminium et de zinc permettant d obtenir des pièces moulées de grande précision. Il est très fréquemment utilisé dans la fabrication de pièces de décoration, des bijoux, des maquettes. - Le Duralumin : C est un alliage d aluminium, de cuivre et de magnésium, il est très rigide et plus dur d où son nom. Il est très utilisé dans la fabrication de mobilier, de fournitures de bureau, l aviation, l automobile, l horlogerie Le cuivre : C est un métal de couleur rouge. Il est très souvent employé à la maison (fils électriques, tuyaux de distribution d eau de gaz, ustensiles de cuisine ). Il très bon conducteur électrique et thermique. Les alliages de cuivre : - Le bronze : Allié à l étain, l assemblage forme du bronze. De couleur jaune-marron, ce matériau se moule parfaitement et est utilisé pour produire de petites séries et s usine très facilement donnant des pièces de très grande précision (objets décoratifs, sculptures, ). - Le laiton : Allié au zinc, l assemblage donne du laiton. De couleur jaune, ce matériau se moule parfaitement et s usine très facilement donnant des pièces de très grande précision (robinetterie) et se prête à des formages très complexes (instruments de musique ). Matériaux 2 / 8

3 3. Les matières plastiques : Ce sont des matériaux synthétiques : Ils n existent pas à l état naturel. Ces matériaux ont été créés en transformant, par des réactions chimiques, des produits naturels tels que le charbon, le pétrole ou le bois. Ces matériaux sont bons isolants électriques et thermiques Les thermoplastiques ou thermoformables : D une très grande plasticité, ils sont de très bons isolants thermique et électrique. Leur propriétés sont très diverses. Ils se moulent très facilement. De nombreux objets sont fabriqués à partir de plaques que l on plie ou que l on forme à chaud (thermoformage). Ils peuvent être refondus et réutilisés Les matières plastiques thermodurcissables : Ils sont moulées une fois pour toute. Elles sont dures et rigides. Elles ne peuvent plus être déformées. Ce sont de très bons isolants thermique et électrique. Elles sont utilisées dans de nombreuses applications dans l industrie et à la maison Le caoutchouc et les matières plastiques caoutchouteuses : Le caoutchouc est obtenu à partir du Latex, sève blanchâtre secrétée par un arbre l hévéa. Il a la propriété de reprendre sa forme après avoir été déformée, on parle donc d élastomère. Aujourd hui, on fabrique des élastomères synthétiques aux propriétés très proches du celle du caoutchouc. 4. Le bois et ses dérivés : 4-1. Le bois : C est un matériau naturel, ses caractéristiques varient en fonction de l espèce et du type d arbre dont il vient. Il peut être très tendre (peuplier, bouleau, ) ou très dur (chêne, acacia, okoumé, ). Il est facile à usiner, mais difficile à façonner par déformation Les dérivés du bois : Ils sont principalement utilisés dans la construction de bâtiments et la fabrication de mobilier car possèdent des caractéristiques mécaniques intéressantes (résistance aux efforts) et sont agréables à l œil et au touché. On parle d agglomérés pour ceux constitués de copeaux de bois collés, de contreplaqués pour ceux composés de fines mais grandes planches collées en sandwichs et de lamellés pour ceux constitués de petites poutres collées. Matériaux 3 / 8

4 5. Les matériaux composites : Comme les alliages, les matériaux composites sont constitués de plusieurs matériaux. Mais contrairement aux alliages, ils ne sont pas mélangés entre eux, ils sont juxtaposés. Cette juxtaposition donne au matériau composite des aptitudes mécaniques très différentes de ses constituants (résistance, rigidité, ). Certains matériaux composites sont plus solides que l acier et aussi légers que les matières plastiques, ils ont néanmoins un inconvénient, ils coûtent très cher et leur fabrication est souvent difficile et complexe. 6. Les textiles : 6-1. Le tissu : Il est obtenu par le tissage qui est le résultat de l entrecroisement, dans un même plan, de fils disposés dans des sens perpendiculaires. Ces fils sont constitués de différents matériaux d origine végétale (coton, lin, ), animale (laine, soie, ) ou synthétique (nylon, polyamide, ) Le cuir : Il est un matériau d origine animale car il s agit de la peau de certains animaux (vache, porc, crocodile, ) tannée ce qui signifie qu on l a nettoyée pour ne garder que la partie intéressante de la peau. Il est souvent utilisé pour sa souplesse et sa robustesse. 7. Les catégories de matériaux : Tous ces matériaux se classent dans différentes familles : - Les matériaux naturels d origine végétale (proviennent des plantes), - Les matériaux naturels d origine animale (proviennent d êtres vivants), - Les matériaux naturels d origine minérale (proviennent essentiellement des minerais, roches), - Les matériaux artificiels (composés d éléments naturels transformés par l homme). Matériaux 4 / 8

5 III Les propriétés des matériaux : Pour la fabrication d un objet technique, une des étapes essentielle est le bon choix du matériaux ou des matériaux. Il est déterminé par les caractéristiques souhaitées : Matériaux 5 / 8

6 Le pliage est le fait de pouvoir déformer une pièce en la soumettant à un effort pour lui donner une nouvelle forme. Coût de revient Le prix de revient est un des critères principaux pour le choix d un matériau, si un produit revient trop cher, il ne se vendra pas et ne sera pas rentable, il n aura donc pas de raison d exister. Autres critères D autres critères de choix peuvent être utilisés suivant l application comme par exemple la conductibilité thermique (conduction de la chaleur), l aspect visuel, la résistance à certains produits particuliers, Matériaux 6 / 8

7 IV Reconnaître un matériau : Afin de trouver de quel famille de matériau est composé une pièce, une suite de petits tests facile à effectué est possible. Une fois la famille trouvée, d autres tests pour découvrir exactement le matériau utilisé, ils sont plus compliqués et nécessitent un peu plus de matériel. Organigramme pour déterminer la famille de matériau : Le matériau est-il constitué de plusieurs couches? C est probablement un matériau composite Léger voire très léger, très résistant mais le prix est en général élevé. Est-il conducteur électrique? Si je râpe la surface, la surface est-elle de couleur brun-doré? C est probablement du cuivre ou un de ses alliages Très bon conducteur, assez lourd et dur, résiste assez bien à l oxydation. Si j approche un aimant, le matériau est-il attiré? C est probablement du fer ou alliage de fer Bon conducteur, attiré par un aimant, assez lourd et dur, s oxyde facilement s il n est pas protégé. Le matériau est-il plutôt «léger»? C est probablement de l aluminium ou un de ses alliages Bon conducteur, assez léger, résiste très bien à l oxydation, peut être facilement modelé. C est probablement un métal non ferreux quelconque ou un alliage non-ferreux quelconque Bon conducteur, caractéristiques variables selon le matériau. Y voit on des fibres ou des veines? C est probablement du papier, carton, bois ou dérivé ou encore un tissu Bon isolant, très souvent léger et tendre, biodégradable, les autres caractéristiques varient selon le matériau. Est-il transparent ou translucide? Le matériau est-il cassant? C est probablement du verre Très bon isolant, assez lourd et dur, résiste parfaitement à l oxydation, craint les chocs (sauf verres spécifiques). Le matériau peut-il être déformé à chaud? C est probablement un thermoplastique Déformable à chaud, très bon isolant, assez léger et plus ou moins dur, ne s oxyde pas, certains résistent aux produits corrosifs mais souvent sensibles à une exposition prolongée au soleil. C est probablement un thermodurcissable Non déformable à chaud, très bon isolant, assez léger et plus ou moins dur, ne s oxyde pas, certains résistent aux produits corrosifs mais souvent sensibles à une exposition prolongée au soleil. Matériaux 7 / 8

8 V Echantillons de matériaux : Trouver et coller des échantillons de chaque matériau demandé : Papier : Carton : Bois 1 : Bois 2 : Plastique 1 : Plastique 2: Métal 1 : Métal 2 : Caoutchouc : Tissu : Matériaux 8 / 8