Les familles de matériaux

Les matériaux sont indispensables à la création d’objets techniques et apportent des solutions techniques. Quelles sont les différentes familles de matériaux ? Comment choisir un matériau ?

Qu’est ce qu’un matériau ?

Tout d’abord, un matériau est une matière d’origine naturelle ou artificielle permettant de fabriquer des objets.

Les familles de matériaux

Une famille de matériaux est un ensemble de matériaux dont les propriétés et la provenance sont semblables. Il existe 4 familles de matériaux : les matériaux métalliques, les matériaux minéraux, les matériaux organiques et les matériaux composites.

La famille des matériaux métalliques

Les métaux sont obtenus à partir de minerais souvent piégés dans la roche. Ils peuvent être déformés sans se casser : on dit qu’ils sont ductiles. Il faut les chauffer jusqu’à leur température de fusion pour les travailler.

Les métaux ont souvent pour propriétés d’être : 

  • relativement lourds (masse volumique),
  • de bons conducteurs électriques,
  • de bons conducteurs thermiques,
  • relativement durs,
  • et résistants aux chocs.

Les métaux purs sont des matériaux métalliques composés d’un seul élément chimique. Il y a par exemple : l’aluminium, l’argent, le chrome, le cuivre, le fer, l’or, le plomb ou le zinc

Les alliages sont le mélange d’un métal avec un ou plusieurs éléments chimiques. Ils combinent les propriétés de plusieurs éléments et permettent d’obtenir de meilleures caractéristiques. On retrouve ainsi : l’acier, la fonte, l’acier inoxydable, le bronze ou le laiton

On utilise les matériaux métalliques dans de très nombreux domaines comme les transports, le bâtiment, l’outillage, la médecine, les ustensiles de cuisine, l’électricité, l’électronique et bien d’autres…

La famille des matériaux organiques

Les matériaux organiques peuvent être d’origine : 

  • végétale (comme le bois, le papier ou le latex) ; 
  • animale (comme le cuir ou la laine) ou 
  • synthétique (comme les plastiques fabriqués avec du pétrole ou des végétaux).

Les matériaux organiques ont souvent pour propriétés d’être : 

  • relativement léger (densité),
  • de bons isolants électriques,
  • de bons isolants thermiques,
  • et relativement élastiques.

Parmi les matériaux d’origine végétale obtenus à partir de plantes, on retrouve le bois, le papier, le carton, le coton ou le chanvre

Du côté des matériaux d’origine animale obtenus à partir d’animaux, on retrouve le cuir, la laine, l’os ou l’ivoire

Enfin, les matériaux synthétiques créés à partir de procédés chimiques comprennent le PVC, le PET, les polyesters, le caoutchouc, le silicone, le PLA ou le polyamide

La famille des matériaux minéraux

Un minéral est un élément qui se présente sous la forme d’un cristal. Les roches sont un assemblage de plusieurs minéraux.Les matériaux minéraux se présentent donc sous la forme de terre, de sable, de pierres ou de roche.

Les matériaux minéraux ont souvent pour propriétés d’être : 

  • lourds (masse volumique),
  • de bons isolants électriques,
  • de bons conducteurs thermiques,
  • très durs,
  • et très cassants.

D’abord, il y a les roches parmi lesquelles nous avons le granite, le basalte, le calcaire, le grès, l’ardoise ou le marbre

Parmi les gemmes (ou pierres précieuses), il y a le diamant, le saphir, le rubis, le jade ou l’ambre.

Avec les céramiques obtenues grâce à la cuisson d’agiles, on retrouve la terre cuite, le verre, ou la porcelaine…Enfin, on utilise aussi des poudres minérales dans le bâtiment avec le ciment, le plâtre ou le béton.

La famille des matériaux composites

Un matériau composite est un assemblage de deux ou plusieurs matériaux non miscibles (non mélangés) qui possède des propriétés supérieures à ses matériaux constitutifs seuls.

Les matériaux composites se composent de deux ensembles :

  • des renforts ou ossatures assurant la résistance mécanique et
  • d’une matrice constituée de matériaux organiques, métalliques ou minéraux.

Ces deux ensembles ont des propriétés différentes et complémentaires afin d’augmenter les performances physiques du matériau composite.

Parmi les matériaux composites, on retrouve souvent :

  • la fibre carbone (carbone + époxy) dans l’aviation ou l’automobile, 
  • la fibre de verre (verre + époxy) pour les bâtiments, 
  • le béton armé (béton + acier) dans la construction,
  • la fibre d’aramide (Kevlar) pour les gilets pare-balle.

Comment choisir un matériau ?

Les matériaux d’un objet technique sont choisis à partir des fonctions techniques énoncées dans le cahier des charges. Les propriétés du matériau choisi doivent répondre à celles attendues pour chaque fonction technique. Ainsi, nous retrouvons souvent des objets constitués de plusieurs matériaux car ils répondent aux différentes fonctions techniques souhaitées.

On choisit un matériau en fonction de ses caractéristiques :

  • mécaniques (masse, élasticité, plasticité, dureté, résilience, tenue en fatigue);
  • physiques et chimiques (corrosion, vieillissement, conductibilité, dilatation thermique);
  • de fabrication (formabilité, soudabilité, trempabilité, température de fusion, thermoplasticité);
  • socio-économiques (prix, disponibilité de la matière première, coût de production);
  • écologiques (ressources naturelles, recyclabilité, durabilité, empreinte carbone).

À retenir

  • Tout d’abord, un matériau est une matière d’origine naturelle ou artificielle permettant de fabriquer des objets.
  • Il existe 4 familles de matériaux : les matériaux métalliques, les matériaux céramiques, les matériaux organiques et les matériaux composites.
  • Les métaux sont obtenus à partir de minerais souvent piégés dans la roche. Ils sont souvent lourds, bons conducteurs électriques et résistants aux chocs.
  • Les matériaux organiques sont d’origine végétale (comme le bois, le papier ou le latex) ; animale (comme le cuir ou la laine) ou synthétique (comme les plastiques). Ils sont souvent légers, isolants électriques et élastiques.
  • Les matériaux minéraux se présentent sous la forme de terre, de sable, de pierres ou de roche. Ils sont souvent lourds, conducteurs thermiques, très durs et très cassants.
  • Un matériau composite est un assemblage de deux ou plusieurs matériaux non miscibles (non mélangés) qui possède des propriétés supérieures à ses matériaux constitutifs seuls.
  • On choisit un matériau en fonction de ses caractéristiques : mécaniques, physiques, chimiques, de fabrication, socio-économiques et écologiques.

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