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Les matériaux

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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

Commençons par définir ce qu’est un matériau.

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Définition

Matériau :

Un matériau est une matière, d’origine naturelle ou artificielle, dont l’humain se sert pour fabriquer des objets techniques.

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Exemple

Le bois provient des arbres, qui sont une ressource naturelle. On s’en sert pour fabriquer, par exemple, des meubles.

Alt texte De la ressource à l’objet technique (image temporaire)

Les familles de matériaux

Les matériaux sont classés en grandes familles, en fonction de leur provenance.

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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.

Alt texte Les familles des matériaux (image temporaire)

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

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Définition

Matériaux métalliques :

Ils proviennent d’un ou plusieurs métaux. Ils sont souvent extraits d’un minerai (une roche qui les contient).

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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.
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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.

Alt texte (Image temporaire. 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

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Définition

Matériaux organiques :

Ils sont d’origine végétale ou animale.

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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.
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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.

Alt texte (Image temporaire)

Famille des matériaux minéraux

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Définition

Matériaux minéraux :

Ces matériaux sont fabriqués à partir de terre, de sable ou de roche.

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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
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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.

Alt texte (Image temporaire)

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

Terminons par la dernière famille, celle des matériaux composites, qui est un peu particulière.

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Définition

Matériaux composites :

Un matériau composite associe des matériaux appartenant au moins à deux des familles que nous venons de décrire.

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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.

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Exemple

Prenons un premier exemple : une brique de lait.

Alt texte

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 (matériau minéral) et de l’acier (matériau métallique), pour rendre les structures encore plus solides.

Alt texte 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.