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Le choix d'un matériau pour fabriquer un objet technique

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Objectifs
  • Connaitre quelques caractéristiques et propriétés des matériaux.
  • Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
  • Évaluer les caractéristiques d’un matériau pour une solution technique donnée.
Points clés
  • Les matériaux métalliques ont une bonne résistance aux chocs et une bonne conductivité thermique et électrique. Quelques caractéristiques différencient les matériaux métalliques entre eux, le fer est un matériau lourd et oxydable tandis que l’aluminium a une densité très faible.
  • La plupart des matériaux plastiques ont une bonne dureté, une bonne isolation électrique et thermique ainsi qu’une bonne aptitude au façonnage. Le polyuréthane comme le caoutchouc sont utilisés pour la fabrication des roues pour leur bonne adhérence au sol.

Le choix d’un matériau dépend des exigences attendues lors de son utilisation.

Les exigences sont des critères de performances que doit respecter le matériau pour répondre à une fonction donnée. Ces critères peuvent être déterminés en réalisant des tests : dureté, densité, élasticité, etc.

1. Quelques caractéristiques de matériaux
  Matériau Caractéristiques
Matériaux métalliques Fer Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Matériau oxydable
Bonne aptitude au façonnage
Matériau Lourd
Aluminium Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude au façonnage
Faible masse volumique
Acier inoxydable Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude au façonnage
Grande masse volumique
Matériaux plastiques P.V.C. (Polychlorure de vinyle) Bon isolant électrique
Résistance aux chocs moyenne
Très bonne aptitude au façonnage
Faible masse volumique
Polyuréthane Très bon isolant électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude au façonnage
Faible masse volumique
Matériau type végétal Bois d'érable Bon isolant électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude au façonnage
Matériau type céramique Verre Bon isolant électrique
Très fragile
Matériau transparent
Le façonnage, c'est l'action de donner une forme à un matériau en enlevant une partie de la matière qui le compose. On peut usiner un matériau en le coupant, en le perçant, en le déformant, etc.
Grâce au façonnage, on peut fabriquer des pièces qui composent un objet technique.
2. Choix d'un matériau pour une fonction technique

Imaginons, par exemple, que l'on veut fabriquer un skate-board (planche à roulettes).

Il va falloir réfléchir à la fonction technique de chaque pièce qui compose l'objet (à quoi sert cette pièce ?). Ensuite, il faudra imaginer quelle solution technique on peut envisager pour remplir cette fonction. Il faut ensuite déterminer les propriétés que le matériau qu'on va utiliser doit avoir pour remplir sa fonction efficacement. Alors, on pourra choisir le matériau à utiliser.

Fonctions techniques Solutions techniques Propriétés Matériau choisi
Supporter l'utilisateur Planche Bonne résistance
Bonne aptitude au  façonnage
Bois d'érable
Assurer la liaison entre les roues et la planche Essieux Résistant
Léger
Aluminium
Assurer une bonne adhérence avec le sol Roues Résistant
Léger
Bonne adhérence
Bonne aptitude au façonnage
Polyuréthane
3. Justifier le choix d'un matériau

Pour justifier le choix d'un matériau, il faut montrer que ses caractéristiques répondent aux critères attendus par la solution technique.

Pourquoi avons-nous choisi le polyuréthane pour fabriquer les roues ? Parce que ce matériau a une bonne adhérence.

L’adhérence est la capacité d’un matériau à maintenir son contact avec le sol par frottement afin d’éviter tout glissement.

Nous allons justifier le choix du polyuréthane pour les roues. Pour cela nous allons réaliser un test d’adhérence.

Expérience

Nous allons prendre deux échantillons de même volume de polyuréthane et de P.V.C que l’on va poser sur une surface inclinée. Le matériau qui glissera le moins sur la surface aura la meilleure adhérence.

Matériau Mesure d'angle où le matériau glisse
P.V.C 40°
Polyuréthane 50°

On remarque que le P.V.C glisse si on incline la planche à 40° alors que le polyuréthane ne commence à glisser qu'à partir d'un angle de 50°. Le polyuréthane a donc une meilleure adhérence au sol que le P.V.C. On peut donc justifier le choix de ce matériau pour fabriquer les roues du skate-board.

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