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Les matériaux

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Objectif

• Identifier les relations principales entre les solutions, les matériaux et les procédés de réalisation.

1. Qu'est-ce qu'un matériau ?

Un matériau correspond à toute matière naturelle ou artificielle entrant dans la composition d'un objet technique.

Il existe trois grandes familles de matériaux : métalliques, organiques et céramiques.

En plus des différentes familles de matériaux, on peut obtenir d'autres matériaux comme :

• Les alliages, fabriqués à partir de matériaux métalliques dans lesquels on incorpore un ou plusieurs éléments chimiques.

Exemples : l'acier et la fonte sont des alliages de fer et de carbone.

• Les matériaux composites, fabriqués à partir du mélange de différentes familles de matériaux.

Exemple : Un pneu de voiture est composé d'élastomère (organique) et d'acier (métallique).

2. Quelle est l'origine des matières premières ?

Il existe de nombreux matériaux de construction utilisés dans les bâtiments ou les constructions publiques, tels que le bois, le verre, l'acier, les matières plastiques, le plâtre, le béton, le carrelage, les briques, les tuiles, la pierre, etc.

Certains de ces matériaux sont disponibles dans la nature à l'état brut.


Granit	Ardoise	Sable


Bois	Gravillons

D'autres sont issus de mélanges des matières premières et de leurs transformations chimiques, comme le béton. Il se compose de ciment, de sable, de gravillons et d'eau. Ces matériaux sont mélangés dans une bétonnière pour former le béton.

3. Quels sont les usages des différents matériaux ?

Les matériaux métalliques sont souvent utilisés pour leur très grande résistance. Par exemple, l'aluminium combine les avantages d'une grande résistance et d'un poids relativement faible.

Ils peuvent être utilisés pour leur conductibilité, comme le cuivre, utilisé dans les fils électriques. Les matériaux métalliques permettent de fabriquer des pièces planes (capot de voiture), allongées (poutre) ou massives (bloc moteur), ou des pièces complexes, lorsqu'ils peuvent être fondus pour être moulés.

Les matériaux organiques tels que les thermoplastiques, rigides et durs, permettent de fabriquer des pièces de formes très complexes (chaussures de roller, jerrican, palme). Quand aux élastomères, ils sont utilisés pour leur propriété de déformation remarquable, par exemple sous la forme d'élastiques.

Les matériaux céramiques sont durs, mais fragiles. Ils peuvent souvent résister à de très hautes températures. Ils ne permettent de fabriquer que des pièces de formes très simples (glace de rétroviseur, pare-brise, etc.).

4. Qu'est-ce qu'une propriété de matériau ?

Une propriété d'un matériau décrit son comportement lorsqu'il est soumis à une ou plusieurs contraintes (mécanique, physique, etc.)

On parle dans ce cas des propriétés suivantes :

• la densité ;
• la dureté ;
• la rigidité ;
• la résistance à la rupture ;
• la résistance à la déformation ;
• la résistance à la corrosion ;
• la résistance thermique ;
• la conductibilité électrique ;
• l'isolation acoustique.

5. Comment choisir un matériau pour une recherche de solutions techniques

Avant de fabriquer les pièces d'un produit, on doit choisir un (ou plusieurs) matériau(x) susceptible de convenir suivant :

• ses propriétés
Il existe de nombreux matériaux, mais chacun est unique par les propriétés qu'il présente : masse volumique, résistance à la rupture, dureté, oxydabilité, conductibilité électrique. Le matériau choisi sera celui dont les propriétés permettent de vérifier la faisabilité de la fonction technique.

• son aptitude au façonnage
Le choix se fait aussi sur la capacité du ou des matériaux à pouvoir être travaillé afin d'obtenir des pièces de formes voulues.

Il est donc possible de réaliser un tableau pour comparer différents matériaux en fonction de leurs propriétés.

	Résistance à la rupture	Dureté	Masse volumique	Aptitude au façonnage
Acier	• très bonne • bonne • mauvaise	• grande • moyenne • faible	• très légère • légère • lourde	• très facile • facile • difficile
Aluminium	• très bonne • bonne • mauvaise	• grande • moyenne • faible	• très légère • légère • lourde	• très facile • facile • difficile
PVC	• très bonne • bonne • mauvaise	• grande • moyenne • faible	• très légère • légère • lourde	• très facile • facile • difficile

L'essentiel

On appelle matériau toute matière, naturelle ou artificielle, entrant dans la composition d’un objet technique. Les matériaux sont fabriqués à partir de matières premières naturelles extraites du sous-sol de la Terre (minerai, pétrole...), de matières végétales (bois, coton...) ou animales (cuir). Ils ont des caractéristiques physiques, mécaniques et esthétiques différentes qui permettent de les classer en trois grandes familles de matériaux :

• les métalliques ;
• les organiques ;
• les céramiques.

Chaque matériau offre des propriétés techniques différentes. La variété des matériaux permet de répondre à la variété des fonctions techniques nécessaires au fonctionnement d'un objet et à ses fonctions d'estime.

Les différentes propriétés sont les suivantes :

• la densité ;
• la dureté ;
• la rigidité ;
• la résistance à la rupture ;
• la résistance à la déformation ;
• la résistance à la corrosion ;
• la résistance thermique ;
• la conductibilité électrique ;
• l'isolation acoustique.

Le choix d'un matériaux s'effectue suivant deux critères :

• Les propriétés ;
• L'aptitude au façonnage.

► Mots-clés

Alliage : produit métallique obtenu en incorporant à un métal un ou plusieurs éléments chimiques.

Matériau composite : matériau composé de plusieurs constituants dans le but d'obtenir des caractéristiques précises.

Thermoplastique : matériau plastique, rigide et dur à température ambiante, mais qui ramollit à la chaleur.

Élastomère : caoutchouc fabriqué artificiellement.

Matière première : Produit de base, non élaboré, résultant d'opérations d'extraction, de distillation, de récolte, etc.