Les propriétés des matériaux

La connaissance des propriétés mécaniques des matériaux est essentielle à la conception et à la fabrication d’objets techniques. Afin que l’objet technique remplisse sa fonction globale et résiste aux différentes contraintes qu’il subit, il est important de sélectionner les matériaux adéquats.

Le tableau suivant présente les principales propriétés mécaniques.

Pour valider ta compréhension à propos des propriétés mécaniques des matériaux de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante :

La plupart des métaux et alliages possèdent une excellente ductilité. C’est pourquoi ces matériaux sont fréquemment sélectionnés pour la fabrication de fils ou de câbles.

Les matériaux tels que les bois et les céramiques ne sont pas ductiles puisqu’ils ne s’étirent pas. Généralement, les matériaux qui sont ductiles sont aussi malléables.

Les céramiques, plusieurs métaux et leurs alliages, ainsi que certaines matières plastiques, ont une bonne dureté. On retrouve ces matériaux en abondance dans le domaine de la construction comme matériaux de finition, car leur surface reste intacte au fil du temps. La dureté des bois varie en fonction de leur essence. Par exemple, l’érable (un feuillu) est plus dur que le pin (un conifère).

La dureté des matériaux permet également de choisir l’outil approprié afin de réaliser une entaille ou un découpage. En effet, la dureté de l’outil utilisé devra être supérieure à celle du matériau découpé.

Plusieurs matières plastiques et certains matériaux composites ont une bonne élasticité.

Il ne faut pas confondre l’élasticité avec la malléabilité et la ductilité. En effet, ces dernières propriétés impliquent que le matériau puisse se déformer, puis conserver sa nouvelle forme. Un matériau ductile ou malléable ne peut être élastique, puisqu’il ne peut reprendre sa forme initiale par lui-même.

Les céramiques telles que le verre ou la porcelaine sont des matériaux qui ont une bonne fragilité. Lorsqu’elles sont soumises à des contraintes mécaniques, les céramiques se fissurent ou se cassent avant d’être déformées.

Lorsqu’un matériau est soumis à des contraintes répétitives, cela peut augmenter sa fragilité. Plus la force des contraintes est élevée, moins le matériau peut en supporter les répétitions. Dans ce cas, on parle de fatigue mécanique. Par exemple, lorsqu’on déplie et replie un trombone plusieurs fois, il finit par se casser.

Généralement, les matériaux qui sont fragiles ne sont ni ductiles ni malléables, mais ils peuvent être rigides.

La plupart des métaux et alliages possèdent une bonne malléabilité. C’est pourquoi ces matériaux sont fréquemment sélectionnés pour les emballages alimentaires et la joaillerie.

Pour être malléable, le matériau doit conserver la nouvelle forme qu’on lui a donnée. Par exemple, si on écrase une canette d’aluminium, elle conserve sa nouvelle forme aplatie. À l’opposé, une éponge écrasée reprend sa forme initiale. L’éponge n’est pas malléable, elle est plutôt élastique.

Généralement, les matériaux qui sont malléables sont aussi ductiles.

Les matières plastiques et certains matériaux composites sont des exemples de matériaux d’une grande résilience. Ces matériaux ont tendance à absorber l’énergie d’un impact sans se déformer ou très peu. Cela en fait d’excellents choix pour les équipements de protection, les articles de sport ou encore les jouets d’enfants.

Les matériaux qui ont une bonne résilience ne sont pas fragiles.

On retrouve des matériaux d’une bonne rigidité dans tous les types de matériaux. Par exemple, le noyer (bois), le plexiglas (plastique) et le contreplaqué (matériau composite) sont rigides. Ces matériaux conservent leur forme, c’est-à-dire qu’ils ne plient pas, ne s’étirent pas et ne se courbent pas. Cela en fait de bons choix pour des structures qui supportent des charges élevées comme les bâtiments, les maisons et les ponts.

Généralement, les matériaux qui sont rigides ne sont ni ductiles ni malléables, mais ils peuvent être fragiles.

Lors de la conception d’un objet technique, il faut considérer la fonction globale de l’objet, mais aussi les facteurs qui risquent de le dégrader au fil du temps. Connaitre les propriétés non mécaniques des matériaux permet d’en faire une sélection appropriée.

Ces propriétés non mécaniques peuvent être chimiques ou physiques.

Le tableau suivant présente les principales propriétés non mécaniques des matériaux.

Les métaux et alliages sont généralement d’excellents conducteurs d’électricité. Cela signifie que le courant électrique peut y circuler aisément.

Les matériaux ayant une faible conductibilité électrique sont des isolants électriques. Les bois et les céramiques en sont des exemples.

Généralement, les matériaux qui ont une bonne conductibilité électrique ont aussi une bonne conductibilité thermique.

Les métaux et les alliages ont une excellente conductibilité thermique, car ils conduisent facilement la chaleur.

C’est par conduction que le transfert de chaleur s’effectue à travers un matériau. Si on chauffe l’extrémité d’un matériau, la propagation de la chaleur jusqu’à l’autre extrémité dépend de la conductibilité thermique. Plus celle-ci est élevée, plus le matériau propage rapidement et efficacement l’énergie thermique initialement fournie.

Les céramiques ont une conductibilité thermique faible puisqu’elles transmettent difficilement la chaleur. Ce sont des isolants thermiques.

Généralement, les matériaux qui ont une bonne conductibilité thermique ont aussi une bonne conductibilité électrique.

Les matières plastiques et plusieurs matériaux composites sont légers (faible densité). Les articles de sport, les jouets d’enfants ou encore le matériel de plein air sont des domaines où la légèreté est un atout puisqu’elle facilite l’utilisation et le transport.

L’oxygène, les sels et la fumée sont des substances qui peuvent entrainer la corrosion d’un matériau. La présence de corrosion est indésirable puisque lorsqu’elle se forme, elle dégrade le matériau et diminue ses propriétés. Avec le temps, elle peut l’effriter et le percer. La présence d’eau ou d’humidité accélère la corrosion d’un matériau.

L’utilisation de matières plastiques, de matériaux composites ou de certains alliages qui ont une bonne résistance à la corrosion s’avère judicieuse pour éviter la dégradation des objets.