Les matériaux
Introduction :
Un objet technique est par définition fabriqué par l’humain. Dans cette leçon, nous allons découvrir de quels matériaux ils sont faits.
Nous verrons qu’ils sont regroupés en familles. Chaque famille a des propriétés, qui permettront à l’objet de satisfaire les besoins pour lesquels il est fait.
Le matériau
Le matériau
Commençons par définir ce qu’est un matériau.
Définition
Matériau :
Un matériau est une matière, d’origine naturelle ou artificielle, dont l’humain se sert pour fabriquer des objets techniques.
Exemple
Le bois provient des arbres, qui sont une ressource naturelle. On s’en sert pour fabriquer, par exemple, des meubles.
De l’arbre à la table en bois
Les familles de matériaux
Les familles de matériaux
Les matériaux sont classés en grandes familles, en fonction de leur provenance.
À retenir
Nous trouvons :
- les matériaux métalliques ;
- les matériaux organiques ;
- les matériaux minéraux.
- Nous pouvons ajouter une quatrième famille, celle des matériaux composites : ils associent au moins deux matériaux différents.
Les quatre familles de matériaux
Nous allons partir à la découverte de ces familles. Nous les définirons, en donnerons quelques exemples et les principales propriétés. Nous préciserons aussi quels types de forme on peut leur donner et quelques-uns des procédés pour les façonner.
La famille des matériaux métalliques
La famille des matériaux métalliques
Définition
Matériaux métalliques :
Ils proviennent d’un ou plusieurs métaux. Ils sont souvent extraits d’un minerai (une roche qui les contient).
À retenir
| Famille des matériaux métalliques | |
| Exemples | Fer |
| Aluminium | |
| Cuivre | |
| Or | |
| Argent | |
| Propriétés | Ils résistent bien aux chocs |
| Ils sont de bon conducteurs d’électricité | |
| Ils conduisent bien la chaleur | |
| Formes | Ils peuvent être plats (plaques) |
| On peut leur donner une forme allongée (des tubes, par exemple) | |
| On peut leur donner un aspect massif | |
| Procédés de mise en forme | On peut modifier leur forme sans les casser, en les chauffant |
| On peut les rendre liquides pour les souder | |
| On peut les découper ou les perforer | |
Si un matériau est fait de plusieurs métaux, on parle d’alliage métallique :
- le bronze est ainsi un alliage de deux métaux : le cuivre et l’étain ;
- l’acier, que vous connaissez bien, est fait de fer auquel se mêle un peu de carbone.
Avec le temps, certains métaux s’abîment au contact de l’air ou de l’eau. Par exemple :
- le fer rouille ;
- le cuivre se couvre d’un produit appelé vert-de-gris, qui est toxique.
Exemple
Prenons l’exemple de l’aluminium, très utilisé dans les objets techniques qui nous entourent. En effet, il est léger, on peut lui donner des formes variées, et il ne s’abîme pas trop avec le temps.
De la bauxite à une canette en aluminium (cliché aluminium : © Materialscientist, WikimediaCommons, CC BY 3.0)
Attention tout de même ! Des études scientifiques ont montré que, au contact prolongé de produits alimentaires, l’aluminium se mêle à la nourriture ou à la boisson. À très hautes doses, il peut devenir dangereux pour la santé.
La famille des matériaux organiques
La famille des matériaux organiques
Définition
Matériaux organiques :
Ils sont d’origine végétale ou animale.
À retenir
| Famille des matériaux organiques | |
| Exemples | Bois (origine végétale) |
| Papier (origine végétale) | |
| Latex (origine végétale) | |
| Coton (origine végétale) | |
| Laine (origine animale) | |
| Propriétés | Ils sont légers |
| Ils sont de bons isolants électriques | |
| Ils isolent bien de la chaleur ou de la fraîcheur | |
| Formes | Ils peuvent prendre des formes complexes, et même très complexes |
| Certains peuvent être déformés et reprendre ensuite leur forme initiale | |
| Procédés de mise en forme | On peut leur donner des formes très libres |
| On peut les couper | |
| On peut les coller, ou les tisser | |
Les matières plastiques font aussi partie des matériaux organiques. En effet, elles sont obtenues à partir du pétrole, qui est issu de matière organique piégée dans de la roche. Il peut aussi être obtenu grâce à des végétaux (maïs, par exemple).
- On parle alors de matériaux synthétiques.
Exemple
Vous avez sûrement des vêtements en laine. Ce matériau est léger et protège bien du froid. Le récupérer en tondant un mouton permet aussi de le soulager.
De la laine de mouton à des chaussons pour bébé
Famille des matériaux minéraux
Famille des matériaux minéraux
Définition
Matériaux minéraux :
Ces matériaux sont fabriqués à partir de terre, de sable ou de roche.
À retenir
| Famille des matériaux minéraux | |
| Exemples | Verre |
| Terre cuite | |
| Ardoise | |
| Plâtre | |
| Porcelaine | |
| Propriétés | Ils sont durs, mais cassent facilement |
| Ils sont de bons isolants électriques | |
| Ils conduisent bien la chaleur | |
| Ils résistent à des températures élevées | |
| Formes | Ils prennent des formes simples |
| Procédés de mise en forme | On peut facilement les mouler |
| On peut les coller | |
Exemple
Certains d’entre vous se servent d’une ardoise, pour écrire des calculs par exemple. Ou c’est votre institutrice, ou instituteur, qui écrit sur un tableau noir. Cette tablette et ce tableau sont faits à partir d’une roche appelée « ardoise », qui a donné son nom au support d’écriture.
L’ardoise : d'une mine à une tablette
Le bâton de craie dont vous vous servez est également un objet technique, souvent fabriqué avec une roche : la craie. Cette roche est réduite en poudre, afin ensuite de former des bâtons de craie.
Famille des matériaux composites
Famille des matériaux composites
Terminons par la dernière famille, celle des matériaux composites, qui est un peu particulière.
Définition
Matériaux composites :
Un matériau composite associe des matériaux appartenant au moins à deux des familles que nous venons de décrire.
À retenir
L’intérêt de ces matériaux composites, c’est qu’ils permettent d’allier les propriétés des matériaux d’une famille à celles des matériaux d’une autre. On obtient ainsi de nouvelles propriétés, qu’un matériau seul ne pourrait avoir.
Exemple
Prenons un premier exemple : une brique de lait.
Brique de lait et matériaux composites
Une brique de lait est souvent faite de plusieurs couches :
- une couche de carton (matériau organique), qui protège le lait de la lumière ;
- une couche de plastique (matériau organique), qui empêche le carton de s’humidifier au contact du lait ;
- une couche d’aluminium (matériau métallique), qui protège le lait de l’oxygène.
- L’association de ces trois matériaux permet à la brique de conserver le lait longtemps.
Parmi les matériaux composites, citons aussi le béton armé, très utilisé dans la construction. Il associe la résistance du béton, qui est un assemblage de matériaux minéraux, et de l’acier, un matériau métallique, pour rendre les structures encore plus solides.
Pont Camille-de-Hogues, premier grand pont en béton armé, pendant des travaux de réparation, Châtellerault, Vienne
(© Mossot, WikimediaCommons, CC BY-SA 3.0)
Conclusion :
Nous connaissons maintenant les grandes familles de matériaux :
| Matériaux métalliques | Matériaux organiques | Matériaux minéraux | Matériaux composites |
| On trouve dans cette famille les métaux. | Il s’agit des matériaux issus d’animaux ou de végétaux. | Ils sont fabriqués à partir de terre, de sable, ou de roche. | Ils associent des matériaux d’au moins deux familles différentes. |
| Fer, acier, aluminium, cuivre, or, argent… | Bois, papier, latex, coton, laine, plastique… | Verre, terre cuite, ardoise, craie, plâtre, porcelaine, béton… | Emballage des briques de lait, béton armé… |
Dans le cours de CM2, nous découvrirons comment choisir les matériaux lorsqu’on fabrique un objet, en fonction des besoins auxquels il répond.