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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.

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.

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
Porte d'un four	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.

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 :

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
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
	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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