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Les propriétés d'un matériau

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Objectif(s)
Quelles sont les principales propriétés d’un matériau ?
Un matériau possède plusieurs caractéristiques qui lui sont propres.
Ces caractéristiques sont prises en compte lors de la fabrication d’un objet technique et de son utilisation.

Avant de déterminer quel matériau est le mieux adapté pour la fabrication d’un objet, il est soumis à quelques tests qui permettent principalement de déterminer sa masse, sa résistance et sa conductivité électrique.
1. Les principales propriétés des matériaux
a. La masse volumique
La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d’un matériau pour une unité de volume donnée (le litre ou le mètre cube), elle s'exprime en g par litre ou g par mètre cube.

Rappel : Volume = Longueur × Largeur × Hauteur.



Par exemple :
La masse volumique de l’aluminium est d’environ 2,7 kg par litre. Cela veut dire que pour un volume de 1 litre d’aluminium sa masse est de 2,7 kg.
La masse volumique est différente selon le matériau. Plus la masse volumique est importante plus le matériau est lourd.


b. Elasticité
L’élasticité d’un matériau est la capacité d’un matériau à être déformable et à reprendre sa forme d’origine après avoir subi une déformation.



c. Résistance aux chocs
La résistance aux chocs permet de déterminer la dureté du matériau.
Le matériau a une grande dureté s’il reste indéformable après avoir subi un impact important.

Pour tester la dureté d’un matériau, on peut utiliser un système de poinçon qui, sous la pression de la chute d’une bille, laisse une trace sur le matériau. Si la trace laissée est importante, cela signifie que le matériau a une faible dureté.


d. Conductibilité électrique (ou conductivité électrique)
La conductivité électrique d’un matériau permet de déterminer si le matériau laisse passer ou non le courant électrique.
On dit que le matériau est conducteur d’électricité s’il laisse passer le courant, dans le cas contraire c’est un isolant électrique.
On peut déterminer si le matériau est conducteur électrique grâce à un multimètre.



Un multimètre est un appareil de mesure qui permet de mesurer des grandeurs électriques comme le Volt, les Ampères ou les Ohms. Il possède aussi un test de conductivité thermique représenté par le symbole :

ou parfois

Si l’écran affiche « 0 », le courant passe à travers le matériau, il est conducteur.
Si l’écran affiche « 1 », le matériau est un isolant.
e. Oxydabilité
Certains matériaux se détériorent sous l’effet de l’humidité.
L'oxydabilité est leur capacité à se combiner avec l’oxygène de l’air qui les rend oxydables et réduit leur efficacité de résistance.
Comme le fer sous l’effet de l’humidité se rouille avec le temps.

2. L'aptitude à l'usinage et au formage
a. L'usinage
L’usinage est un principe technique qui consiste à enlever de la matière sur un matériau brut par un procédé de découpage et de perçage afin d’obtenir une forme.



b. Le formage
Le formage est un principe technique qui consiste à mettre en forme un matériau brut par un procédé de moulage ou de thermopliage (pliage sous haute température en utilisant par exemple une thermoplieuse).




3. Test sur des matériaux
Nous allons prendre plusieurs échantillons de matériaux appartenant à des familles différentes et qui ont le même volume (1 cm3) :
PVC expansé (Plastique), Aluminium, Fer, Caoutchouc.
a. Test de la masse volumique


Matériau
PVC
Aluminium
Fer
Caoutchouc
Masse (g) 1,4 2,7 7,9 3,5

b. Test de dureté
Matériau
PVC
Aluminium
Fer
Caoutchouc
Impact Important Faible Très faible Faible
Dureté Tendre Dure Très dure Dure

c. Test de conductivité électrique
Matériau
PVC
Aluminium
Fer
Caoutchouc
Affichage à l'écran 1 0 0 1
Conductivité électrique Non Oui Oui Non

4. Conclusion
Grâce au test de la masse volumique, on peut déterminer le matériau le plus lourd pour un même volume donné.
On peut constater que le fer qui a la masse volumique la plus importante a aussi une très bonne résistance aux chocs, déterminée grâce au test de dureté.
Le PVC étant moins lourd reste le moins efficace sur le test de dureté.

Le test de conductivité a permis de montrer que les matériaux métalliques comme le fer et l’aluminium sont des conducteurs électriques et que les matériaux plastiques sont des isolants.

L'essentiel
Un matériau possède plusieurs propriétés mécaniques et physiques.

► La masse volumique 
La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d’un matériau pour une unité de volume donnée (le litre ou le mètre cube), elle s'exprime en g par litre ou g par mètre cube.

► Élasticité
L’élasticité d’un matériau est la capacité d’un matériau à être déformable et à reprendre sa forme d’origine après avoir subi une déformation.

► Résistance aux chocs
La résistance aux chocs permet de déterminer la dureté du matériau. Le matériau a une grande dureté s’il reste indéformable après avoir subi un impact important.

► Conductibilité électrique (ou conductivité électrique)
La conductivité électrique d’un matériau permet de déterminer si le matériau permet de laisser passer ou non le courant électrique. Les matériaux métalliques sont des matériaux conducteurs.

► Oxydabilité
C’est la capacité d’un matériau à se combiner avec l’oxygène de l’air qui le rend oxydable et réduit son efficacité de résistance.

► L’aptitude à l’usinage et au formage
    • L’usinage est un principe technique qui consiste à enlever de la matière sur un matériau brut par un procédé de découpage et de perçage afin d’obtenir une forme.
    • Le formage est un principe technique qui consiste à mettre en forme un matériau brut par un procédé de moulage ou de thermopliage (pliage sous haute température en utilisant par exemple une thermoplieuse).

Un multimètre est un appareil de mesure qui permet de mesurer des grandeurs électriques comme le Volt, les Ampères ou les Ohms.

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