Les matériaux - Première
- Fiche de cours
- Quiz et exercices
- Vidéos et podcasts
- Comprendre qu’un matériau est choisi en fonction de nombreux critères.
- Connaitre les grandes familles de matériaux.
- Découvrir les caractéristiques principales de certains matériaux.
- Il existe une grande variété de matériaux, qui ont des propriétés différentes (masse volumique, résistivité, conductivité thermique, résistance à la corrosion, etc.). Il faut donc réaliser un compromis pour choisir un matériau.
- Chaque étape du cycle de vie a un impact environnemental (déforestation, émissions de gaz à effet de serre, etc.), quel que soit le matériau choisi. Il faut donc connaitre ces impacts pour pouvoir les limiter.
Choisir un matériau pour la réalisation d’une pièce ou des différentes parties d’un objet est le résultat de compromis.
Plusieurs critères peuvent être pris en
compte pour effectuer ce choix.
Voici quelques exemples de critères.
- Les caractéristiques mécaniques : masse volumique, dureté, limite élastique, résilience, etc.
- Les caractéristiques physico-chimiques : comportement à la corrosion, vieillissement.
- Les caractéristiques de mise en œuvre : usinabilité, soudabilité, trempabilité, etc.
- Les caractéristiques économiques : prix, disponibilité, expérience industrielle, etc.
- L’impact environnemental : toxicité, empreinte carbone, recyclabilité, etc.
Pour comparer différents matériaux, on utilise parfois un diagramme qui fait apparaitre les indices de performance relatifs des matériaux, avec une échelle de notation de 0 à 5 du centre vers l’extérieur du diagramme.
Les métaux sont issus de l’extraction de minerais. Ils ne sont généralement pas utilisés à l’état pur, mais mélangés à d’autres composants afin d’améliorer leurs caractéristiques (résistance à la corrosion, résistance aux chocs, etc.). Ils sont alors appelés « alliages ».
- fonte = fer + carbone (plus de 2,1 % de carbone)
- acier = fer + carbone (moins de 2,1 % de carbone)
- bronze = cuivre + étain
- laiton = cuivre + zinc
Les céramiques sont des matériaux obtenus à partir de la fusion du quartz qui est contenu dans du sable ou dans de l’argile. Elles sont très dures, très rigides.
Résistantes à la chaleur, à l’usure, aux agents chimiques et à la corrosion, les céramiques sont cependant fragiles, car elles cassent facilement lorsqu’elles sont soumises à un choc.
Les céramiques sont utilisées dans la fibre optique (silicium), les outils de coupe (carbures), les joints d’étanchéité, les isolants électriques, les filtres, etc.
Un matériau composite est un assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles (qui ne se mélangent pas). Le nouveau matériau ainsi obtenu possède des performances supérieures à celles des éléments pris séparément.
- Les cadres de raquettes de tennis sont souvent réalisés avec de la fibre de verre et de la résine polyester. Ils sont ainsi plus souples et plus légers que lorsqu’ils sont réalisés en acier.
- Le béton armé est composé de béton et de tiges en acier.
- Les emballages pour les briques alimentaires (lait, sauces, etc.) sont composés de carton, de plastique et d’aluminium.
Un nanomatériau est un matériau nanostructuré, c'est-à-dire qui comporte des nanoparticules dans sa structure. Les nanoparticules sont des nano-objets dont la taille est typiquement comprise entre 1 nm et 100 nm. Un nanomatériau a des propriétés particulières.
- Des nanoparticules d’oxyde de cérium sont utilisées comme additifs pour augmenter les performances du diesel.
- Des membranes de polymères nanostructurées sont utilisées pour la purification de l’eau.
La matière organique est la matière qui compose les êtres vivants, végétaux ou animaux, champignons, etc., et que ces êtres vivants fabriquent.
Le bois, le coton, le cuir et le papier sont des matériaux organiques. On sait fabriquer des matières plastiques à partir de matériaux organiques.
Les plastiques, ou matières plastiques, sont des substances polymères, c’est-à-dire qu’elles sont composées d’un grand nombre de grosses molécules.
Une matière plastique est souvent obtenue par la transformation du pétrole. Les matières plastiques ne laissent pas passer le courant électrique, elles sont légères, généralement étanches. Les utilisations sont très nombreuses.
Il existe deux catégories de matières plastiques : les thermoplastiques et les thermodurcissables.
- Les thermoplastiques fondent sous l’effet de la chaleur et se solidifient sous l’effet d’un refroidissement.
- La transformation des thermodurcissables est irréversible. Une fois formés, les plastiques thermodurcissables ne se déforment plus.
Il est utile de connaitre certaines caractéristiques des matériaux pour pouvoir rapidement en sélectionner ou en éliminer certains.
La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d’un matériau pour une unité de volume donnée.
La masse volumique se note ρ et s’exprime généralement en kilogramme par mètre cube (kg·m–3).
|
avec :
|
Plus la masse volumique est importante, plus le matériau est lourd.
| Matériaux | Acier | Alliage d’aluminium | Bronze | Nylon | Fibres de verre | Fibres de carbone |
|
ρ (en kg·m-3) |
7800 | 2700 | 8900 | 1000 | 2500 | 1750 |
La résistivité d’un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à s’opposer à la circulation du courant électrique.
La résistivité se note R et s’exprime en ohm-mètre (Ω·m).
Plus la résistivité est grande, plus le matériau est isolant. À l’opposé, plus la résistivité est faible et plus le matériau est conducteur.
| Type de matériau | Résistivité (en Ω·m) | Comportement électrique |
|
Polystyrène Nylon Verre |
1020 5 × 1012 1017 |
ISOLANT |
|
Aluminium Cuivre |
9,8 ×10–8 2,8 × 10–8 1,7 × 10–8 |
CONDUCTEUR |
Certaines fonctions techniques imposent de conduire la chaleur (exemple des radiateurs) et d’autres de bloquer le flux de chaleur, en l’isolant thermiquement.
Le pouvoir d’isolation vient du matériau lui-même mais aussi parfois de la forme qu’on lui donne.
La conductivité thermique d’un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à transférer la chaleur qu’elle capte.
La conductivité thermique se note λ et s’exprime en watt par mètre-kelvin (W·m–1·K–1).
Plus la conductivité thermique est élevée, plus le matériau est conducteur de chaleur.
| Type de matériau |
Conductivité (en W·m–1·K–1) |
Comportement thermique |
|
Laine de verre Béton Nylon Verre |
0,04 1 0,25 1,2 |
ISOLANT |
|
Fer Aluminium Cuivre |
80 237 390 |
CONDUCTEUR |
D’une manière générale, la corrosion est la dégradation d'un matériau.
La corrosion correspond à l’altération d’un matériau lorsqu’il est mis en contact avec un oxydant.
Les exemples les plus connus sont les altérations chimiques des métaux à l’air ou dans l’eau, telles que la rouille du fer et de l’acier ou la formation de vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages (bronze, laiton).
La corrosion est toutefois un domaine bien plus vaste qui touche toutes sortes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) dans des environnements variables (milieu aqueux, atmosphère, hautes températures).
Au niveau de la conception, il faut donc choisir le matériau en fonction de l’environnement dans lequel il va être utilisé ou prévoir un moyen de protection du matériau, comme par exemple la peinture ou le chromage (recouvrement avec du métal de chrome).
Comparaison de la
résistance à la corrosion de quelques
métaux
Chaque étape du cycle de vie a un impact environnemental, quel que soit le matériau choisi. Il faut donc connaitre ces impacts pour pouvoir les limiter.
| Étape du cycle de vie | Matériaux | Impact sur l’environnement |
| Extraction de la matière première | Bois | Déforestation |
| Métaux, verre | Construction de carrières | |
| Plastiques | Installation de plateformes pétrolières | |
| Transport | Tous types | Émissions de gaz à effet de serre produits par les véhicules de transport |
| Fabrication/Production | Tous types | Émissions de gaz à effet de serre produits par les usines |
| Utilisation | Tous types | Émissions de gaz à effet de serre produits par le produit lui-même |
| Fin de vie | Tous types | Pollution atmosphérique et visuelle, pollution de l’eau produites par les déchets |
Lorsque l’objet arrive en fin de vie, plusieurs alternatives sont possibles.
- La réutilisation : l’objet est encore utilisable en remplaçant éventuellement certains composants.
- Le recyclage : à partir d’un
matériau usagé, on crée de la
matière qui va entrer dans la constitution
d’un produit
Exemple : le recyclage du verre. - La valorisation énergétique : on brule le matériau et on récupère l’énergie de la combustion pour produire de la chaleur.
Évalue ce cours !
Des quiz et exercices pour mieux assimiler sa leçon
La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des quiz et exercices en accompagnement de chaque fiche de cours. Les exercices permettent de vérifier si la leçon est bien comprise ou s’il reste encore des notions à revoir.
Des exercices variés pour ne pas s’ennuyer
Les exercices se déclinent sous toutes leurs formes sur myMaxicours ! Selon la matière et la classe étudiées, retrouvez des dictées, des mots à relier ou encore des phrases à compléter, mais aussi des textes à trous et bien d’autres formats !
Dans les classes de primaire, l’accent est mis sur des exercices illustrés très ludiques pour motiver les plus jeunes.
Des quiz pour une évaluation en direct
Les quiz et exercices permettent d’avoir un retour immédiat sur la bonne compréhension du cours. Une fois toutes les réponses communiquées, le résultat s’affiche à l’écran et permet à l’élève de se situer immédiatement.
myMaxicours offre des solutions efficaces de révision grâce aux fiches de cours et aux exercices associés. L’élève se rassure pour le prochain examen en testant ses connaissances au préalable.
Des vidéos et des podcasts pour apprendre différemment
Certains élèves ont une mémoire visuelle quand d’autres ont plutôt une mémoire auditive. myMaxicours s’adapte à tous les enfants et adolescents pour leur proposer un apprentissage serein et efficace.
Découvrez de nombreuses vidéos et podcasts en complément des fiches de cours et des exercices pour une année scolaire au top !
Des podcasts pour les révisions
La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des podcasts de révision pour toutes les classes à examen : troisième, première et terminale.
Les ados peuvent écouter les différents cours afin de mieux les mémoriser en préparation de leurs examens. Des fiches de cours de différentes matières sont disponibles en podcasts ainsi qu’une préparation au grand oral avec de nombreux conseils pratiques.
Des vidéos de cours pour comprendre en image
Des vidéos de cours illustrent les notions principales à retenir et complètent les fiches de cours. De quoi réviser sa prochaine évaluation ou son prochain examen en toute confiance !
Fiches de cours les plus recherchées
Sciences de l’ingénieur
La résistance des matériaux
Sciences de l’ingénieur
Utiliser les torseurs
Sciences de l’ingénieur
Les réseaux informatiques
Sciences de l’ingénieur
Travailler en équipe - lycée
Sciences de l’ingénieur
Constituer un dossier documentaire - Sciences de l'ingénieur
Sciences de l’ingénieur
Simuler à partir d'un modèle donné
Sciences de l’ingénieur
Mettre au point un protocole expérimental
Sciences de l’ingénieur
Afficher une droite de régression et son équation dans Excel
Sciences de l’ingénieur
Les grandes familles de capteurs
Sciences de l’ingénieur
Construire un arbre de décision
Sciences de l’ingénieur
Réaliser une analyse multicritère
Sciences de l’ingénieur
Le contrôle et l'évaluation de la recherche
Fermer
Accédez gratuitement à
