Materiaux, proprietes et choix
Niveau
3eme
Sous-categorie
materiaux-structures
Programme officiel
Cycle 4 - Les materiaux utilises
Definition
Un materiau est une substance utilisee pour fabriquer des objets. Chaque materiau possede des proprietes specifiques (resistance, masse, conductivite...) qui determinent son usage. Le choix d'un materiau depend des contraintes techniques, economiques et environnementales.
A retenir
- •5 familles de materiaux : METAUX, PLASTIQUES, CERAMIQUES, COMPOSITES, ORGANIQUES
- •Proprietes principales : resistance, conductivite, densite, durete, recyclabilite
- •METAUX : conducteurs (elec. et thermique), resistant, recyclables
- •PLASTIQUES : legers, isolants, moules facilement, recyclage difficile
- •COMPOSITES : tres resistant + leger, mais couteux
- •Le choix depend de : proprietes techniques + cout + disponibilite + environnement
Concepts fondamentaux
Materiau
Substance utilisee pour fabriquer un objet technique.
Materiau = matiere premiere transformee pour un usage precis.
Propriete d'un materiau
Caracteristique mesurable qui definit le comportement du materiau (resistance, conductivite, densite...).
Proprietes = ce que le materiau 'sait faire' (conduire, resister, isoler...).
Contrainte
Exigence que doit respecter le materiau (resistance, poids, cout, recyclabilite...).
Contrainte = ce qu'on exige du materiau pour l'usage prevu.
Famille de materiaux
Regroupement de materiaux ayant des caracteristiques communes (metaux, plastiques, ceramiques, composites, organiques).
5 familles : Metaux, Plastiques, Ceramiques, Composites, Organiques.
Exemple resolu pas a pas
ENONCE (style brevet)
Justifiez le choix de l'aluminium pour fabriquer une canette de boisson.
SOLUTION
1. IDENTIFIER LES CONTRAINTES : La canette doit etre legere (transport), resistant a la pression (gaz), ne pas rouiller (contact liquide), recyclable.
2. PROPRIETES DE L'ALUMINIUM : Metal leger (densite 2,7), resistant mecaniquement, ne rouille pas (couche d'oxyde protectrice), 100% recyclable.
3. COMPARAISON : L'acier est plus lourd et peut rouiller. Le plastique n'est pas assez resistant a la pression. Le verre est fragile et lourd.
4. AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX : L'aluminium est recyclable a l'infini sans perdre ses proprietes. Recycler coute 20 fois moins d'energie que produire.
Pieges classiques au brevet
Piege 1
Confondre materiau et matiere premiere
Le fer est un materiau
La MATIERE PREMIERE est brute (minerai, bois). Le MATERIAU est transforme pour un usage (acier, contreplaque).
Le fer est une matiere premiere, l'acier (fer + carbone) est un materiau.
Piege 2
Penser que tous les metaux rouillent
L'aluminium va rouiller
Seul le FER rouille. L'aluminium, l'inox et le cuivre ne rouillent pas (ils s'oxydent differemment).
L'aluminium ne rouille pas, il forme une couche d'oxyde protectrice.
Piege 3
Croire que composite = plastique renforce
Le plastique renforce est un composite
Un COMPOSITE associe des materiaux de FAMILLES DIFFERENTES (matrice + renfort). Ex: fibre de carbone + resine.
Le beton arme (beton + acier) est un composite. La fibre de carbone aussi (fibres + resine).
Piege 4
Ignorer l'impact environnemental
Le plastique est le meilleur choix car il est leger et pas cher
Le choix d'un materiau doit tenir compte de sa RECYCLABILITE et de son IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT.
Le plastique est leger et economique, MAIS il est derive du petrole et difficile a recycler.
Comment justifier le choix d'un materiau ?
Quand utiliser cette methode ?
Face a une question sur le choix de materiaux pour un objet technique.
Identifier les contraintes de l'objet
Resistance ? Legerete ? Conductivite ? Esthetique ? Cout ? Environnement ?
Lister les proprietes requises
Ex: pour un boitier de telephone : leger, resistant aux chocs, isolant electrique
Identifier les familles de materiaux candidates
Quelles familles possedent ces proprietes ? (plastique pour boitier)
Comparer les materiaux possibles
Comparer cout, disponibilite, mise en oeuvre, recyclabilite...
Justifier le choix final
Expliquer pourquoi le materiau choisi repond le mieux aux contraintes
Quand est-il tombe au brevet ?
Notion frequente au brevet
