Propriétés d'un matériau
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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.
• 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.
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.
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.
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 :
► Les propriétés d’un matériau selon des contraintes liées à la sécurité :
► Les propriétés des matériaux selon les contraintes liées au développement durable :
* 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.
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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