Propriétés d'un matériau - Maxicours

Propriétés d'un matériau

Objectifs
• Classer de manière qualitative plusieurs matériaux selon une propriété simple, imposée par les contraintes que doit satisfaire l’objet technique.
• Mettre en relation le choix d’un matériau pour un usage donné, son coût et sa capacité de valorisation.

Dans le chapitre précédent, nous avons vu qu’il existait différents types de contraintes à prendre en compte lors de la conception de l’objet technique : esthétique, ergonomique, économique et liées au développement durable. Le choix des solutions techniques dépend beaucoup du matériau utilisé afin de répondre à ces contraintes. C’est pourquoi il est important de bien comprendre les propriétés de chaque matériau.
1. Les propriétés des matériaux imposées par une contrainte
a. Les propriétés d’un matériau selon des contraintes liées au fonctionnement et à l’ergonomie
Selon l’utilisation de l’objet technique les contraintes demandées peuvent être différentes.
En domotique, certains produits demandent généralement de bonnes résistances mécaniques (résistance à la traction, compression, flexion, etc.), une bonne conductivité électrique ou une bonne résistance thermique.
Exemple d’application :

 Objet technique
Contraintes Matériau Propriétés

Porte d'un four

 

observer à l'intérieur lors d'une cuisson
 
 

verre trempé

transparent et résistant à haute température

ouvrir la porte à l'aide d'une poignée sans se brûler
 
polyuréthane très bon isolant thermique

b. Les propriétés d’un matériau selon des contraintes liées à la sécurité
 Exemple d’application : Les câbles et prises électriques

 
Prise électrique sécurisée en plastique


Contraintes
:
Conduire l’électricité grâce à des câbles électriques enveloppés d’une gaine afin de protéger les utilisateurs des dangers d’électrisation ou d’électrocution ou d’éviter tout court-circuit électrique. Les gaines qui enveloppent les fils électriques doivent résister à la chaleur, isoler l’électricité et être de différentes couleurs pour différencier la phase, le neutre et la terre.

L'électrisation est le passage du courant électrique dans le corps humain. 

L'électrocution est une électrisation qui entraîne la mort.

Solutions proposées :

Objet technique Contraintes Matériau proposé Propriétés
conduire le courant électrique Cuivre Excellente conductivité électrique, matériau malléable, peu couteux.
Aluminium Bonne conductivité électrique, léger, moyennement malléable, se casse facilement en torsion.
Acier Moyenne conductivité électrique, grande résistance à l'étirement, lourd et peu malléable.
Argent Excellente conductivité électrique, prix très onéreux, nécessite de l'entretien.

Objet technique Contraintes Matériau proposé Propriétés
Gaine électrique


isoler le courant électrique
Les matériaux plastiques :

• PVC (polychlorure de vinyle)

• PE (polyéthylène)

• Hypalon (Polyéthylène-chlorosulfoné)

• Caoutchouc silicone

• EPR (éthylène-propylène)

• PRC (polyéthylène réticulé chimiquement)
 
Très bon isolant électrique.



Facilité de réalisation par procédé de moulage par injection*.



Plusieurs couleurs possibles.
 
Prise électrique sécurisée
 



*Rappel :  le moulage par injection est un procédé de réalisation de matières thermoformables (c'est-à-dire que l'on peut les mettre en forme grâce à de la chaleur) telles que les matériaux plastiques ou le verre.

c. Les propriétés des matériaux selon les contraintes liées à au développement durable
Rappel : le développement durable vise réduire les impacts négatifs sur l’environnement (aspect écologique) tout en réalisant des économies d’énergies (aspect social et économique).

Les matériaux dans l’aspect écologique
Pour pallier les problèmes écologiques, il faut utiliser de préférence des matériaux recyclables ou réutilisables.

Matériau  Propriétés écologiques
Certains plastiques (non thermodurcissables*)

Les métaux
Réutilisables ou recyclables une fois fondus.
Le bois Réutilisable et peut servir de combustible pour le chauffage domestique.

Les matériaux plastiques thermodurcissables* tels que le polyuréthane ou le caoutchouc ne sont pas recyclables et demandent beaucoup d’énergie lors de leur fabrication. C’est donc une famille de matériaux particulièrement néfaste pour l’environnement.

Propriété d'un matériau thermodurcissable : le matériau, une fois durci, ne peut plus être modifié et n'est donc pas recyclable.

• Les matériaux dans l’aspect social et économique
Il est préférable d’utiliser des matériaux qui sont en abondance à proximité du lieu dans lequel on réalise le produit, afin de réduire les frais liés au transport.
2. Choix d’un matériau
Le choix d’un matériau dépend de son utilisation, de son coût et de sa capacité de valorisation ou de recyclage.

Exemple d’application : Le portail automatique

Objet technique : le portail coulissant
 Contraintes :
• Supporter le poids de la barrière.
• Résister aux intempéries.
 Matériaux proposés
 Propriétés PVC  BOIS  ALUMINIUM  FER FORGÉ
Utilisation / Esthétisme • Peu d’entretien

• Durée de vie limitée
• Traditionnel

• Résistant

• Entretien régulier

• Large possibilité de couleurs (chêne, pin, etc.)
• Grande durée de vie

• Peu d’entretien

• Très résistant aux intempéries

• Plusieurs coloris 
 • Solide et résistant aux intempéries

• Traitement anticorrosion régulier
 Aspect économique  Peu coûteux
Le coût dépend du bois utilisé mais il reste un peu plus cher que le plastique.
 
 Assez coûteux  Très coûteux
 Capacité de valorisation ou de recyclage  Recyclable
Réutilisable ou peut servir de combustible .
 
 Recyclable  Recyclable

Le choix du matériau dépend des critères de l’utilisateur. Dans ce cas-ci, en recherchant un portail robuste et résistant aux intempéries, l’aluminium semble être un bon compris.
L'essentiel
Le choix des solutions techniques dépend beaucoup du matériau utilisé afin de répondre à ces contraintes. C’est pourquoi il est important de bien comprendre les propriétés de chaque matériau.

Il existe plusieurs propriétés de matériau pour chaque contrainte :

► Les propriétés d’un matériau selon des contraintes liées au fonctionnement et à l’ergonomie :

Contraintes Matériau Propriétés
Être transparent et résistant à haute température
Verre trempé Transparent et résistant à haute température
Isoler la chaleur Polyuréthane Très bon isolant thermique
Conduire l'électricité Cuivre, aluminium, acier Très bon conducteur d’électricité


► Les propriétés d’un matériau selon des contraintes liées à la sécurité :

Contraintes Matériau Propriétés
Protéger les utilisateurs d'une électrisation PVC (polychlorure de vinyle) Très bon isolant électrique
PE (polyéthylène) Facilité de réalisation par procédé de moulage par injection*.
Caoutchouc silicone Plusieurs couleurs possibles


► Les propriétés des matériaux selon les contraintes liées au développement durable :

Matériau  Propriétés écologiques
Certains plastiques (non thermodurcissables*)

Les métaux
Réutilisables ou recyclables une fois fondus
Le bois Réutilisable et peut servir de combustible pour le chauffage domestique

* Propriété d'un matériau thermodurcissable : le matériau, une fois durci, ne peut plus être modifié et n'est donc pas recyclable.

• Il est préférable d’utiliser des matériaux qui sont en abondance à proximité du lieu dans lequel on réalise le produit afin de réduire les frais liés au transport.

• Le choix d’un matériau dépend de son utilisation, de son coût et de sa capacité de valorisation ou de recyclage.

Mots-clés

Électrisation : passage du courant électrique dans le corps humain.

Électrocution : électrisation qui entraîne la mort.

Moulage par injection : procédé de réalisation de matières thermoformables (c'est-à-dire que l'on peut mettre en forme grâce à de la chaleur) telles que les matériaux plastiques ou le verre.

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