La matière
par administrateur · 14 juillet 2023
I. les 4 grandes familles de matériaux
Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.
On peut distinguer 4 grandes familles de matériaux:
- les matériaux métalliques (ou les métaux);
- les matériaux organiques;
- les matériaux minéraux (verres ou céramiques);
- les matériaux composites (association des précédentes familles).
1. Les métaux
Métaux: les métaux sont des éléments d’origine minérale. On les trouve dans le sol, sous forme de minerai, parfois sous la forme de métal (pépites d’or).
Les métaux sont des corps qui se caractérisent par une très bonne conduction électrique et thermique et aussi par un aspect brillant (lorsqu'ils sont polis).
La durée de vie est de 50 à 500 ans selon le métal.
Une boîte en aluminium se dégrade entre 100 à 500 ans, une canette jusqu'à 100 ans.
Or (lingot)
Cuivre
On peut créer des alliages métalliques en mélangeant des métaux entre eux ou avec d'autres matériaux.
Acier (fer + carbone)
Bronze (cuivre + étain)
L'acier inoxydable peut mettre entre 100 et 1000 ans à se décomposer en un élément plus naturel.
2. Les matériaux organiques
Matériaux organiques: Les matériaux organiques sont ceux qui proviennent d'organismes vivants (végétaux ou animaux) ou des produits de leur décomposition (le pétrole).
Le tissu le plus utilisé est le coton. Ses fibres sont obtenues à partir d'une fleur, c'est donc une matière organique végétale.
Fleur de coton
La laine est obtenue à partir des moutons, c'est donc une matière organique animale.
Moutons
Cas particulier: les plastiques
Une matière plastique est un mélange contenant une matière de base (un polymère) qui est susceptible d’être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de former un objet. Un polymère est une résine dont les matières premières sont le pétrole.
Il n'existe pas un matériau appelé “plastique”, mais plusieurs matériaux plastiques.
Pour un sac en plastique standard de supermarché (en PEHD ou PEBD), il faut environ 20 ans pour se décomposer complétement, alors qu'une bouteille en plastique (en PET) mettra environ 450 ans.
Bouteille en plastique
3. Les matériaux minéraux
Matériaux minéraux: Les matériaux minéraux regroupent les matériaux à la fois non métalliques et non organiques. Généralement, ils sont obtenus après cuisson d'une matière première que l'on trouve dans le sol (argile, sable, etc.).
Les céramiques sont obtenues le plus souvent après la cuisson d'argile.
Les verres sont obtenus après cuisson du quartz présent dans le sable.
4. Matériaux composites
Nouvelle génération de matériaux, très résistants et légers, ils sont composés de différents matériaux que l’on ne mélange pas mais que l’on juxtapose.
Cette juxtaposition donne aux matériaux composites des aptitudes mécaniques très différentes de celles de ses constituants. Cette juxtaposition permet d’obtenir par exemple des matériaux plus solides que l’acier et aussi légers que des matériaux plastiques. (ex : les skis sont en matériaux composites).
Toutefois, les objets techniques en matériaux composites ont l’inconvénient de coûter très cher et d’être difficilement recyclable.
- les fibres de verres sont utilisées pour les revêtements de murs,
- les fibres de carbone dans l’aviation,
- le contre-plaqué en menuiserie, construction, ébénisterie,
- Le placoplâtre pour des cloisons,
- Le béton armé dans la construction de maisons,
- La fibre d’aramide (plus connu sous le nom de Kevlar) pour les gilets pare-balles,…
Vélo en fibre de carbone
Matelas
II. Caractérisation d'un échantillon de matière
1. Propriétés physiques: les conductivités thermiques et électriques
Un matériau est un bon conducteur thermique ou électrique s'il laisse passer facilement la chaleur ou l'électricité.
Dans le cas contraire, on dira qu'il est isolant (thermique ou électrique).
On peut tester la conduction électrique d'un échantillon de matière à l'aide d'un circuit électrique simple.
Les métaux sont de très bons conducteurs thermiques et électriques, alors que les matériaux minéraux (verres et céramiques) et les matériaux organiques sont souvent de bons isolants.
2. Propriétés physique: le magnétisme
Les champs magnétiques naturels (comme celui de la Terre) ou artificiels peuvent avoir des effets sur certains matériaux.
En présence d'un aimant :
- Certains objets sont soit attirés par celui-ci, soit repoussés, ils sont dits magnétiques.
- D'autres peuvent seulement être attirés, ils sont ferromagnétiques.
- Enfin, certains restent insensibles, ils sont dits non-magnétiques.
Le fer, le nickel, le cobalt ou les alliages contenant l'un de ces métaux sont ferromagnétiques.
Contrairement à ce que l'on peut penser, la majorité des métaux sont non-magnétiques (comme l'aluminium et le cuivre par exemple).
Généralement, les matériaux organiques et les céramiques sont non-magnétiques.
On peut tester les propriétés magnétiques d'un matériau en approchant de lui un aimant ou une boussole (aiguille aimantée). S'il influe dessus, il est magnétique, sinon il ne l'est pas.
Séparation de la limaille de fer dans du sable
3. Propriétés mécaniques
Propriétés mécaniques des matériaux: Une propriété mécanique est une propriété caractéristique d'un matériau qui décrit son comportement lorsqu'il est soumis à une ou plusieurs contraintes mécaniques.
L'élasticité désigne la propriété d'un matériau dont la déformation disparaît avec la contrainte qu'on lui a appliquée.
La résistance caractérise la contrainte maximale que peut supporter un matériau avant de se rompre.
La dureté est la résistance d’un matériau à la pénétration.
