Le choix des matériaux
Au collège, tu as sûrement déjà vu un marteau, un câble électrique et une casserole : trois objets, trois matériaux différents. Pourquoi ne peut-on pas fabriquer le marteau avec le matériau qui entoure le câble ? Choisir le bon matériau, c'est la moitié de la conception d'un objet. À la fin de la page, tu sauras répondre à cette question.
Les propriétés des matériaux
Chaque propriété justifie un choix technique : pourquoi le manche est dans un matériau et la partie active dans un autre.
Une propriété mécanique décrit la réaction à une action physique (choc, rayure, traction). Une propriété thermique ou électrique décrit le passage de la chaleur ou du courant.
Les familles de matériaux courantes en salle de technologie sont les métaux (acier, aluminium, cuivre), les matières plastiques, le bois, les céramiques et le verre, les textiles et les composites.
Un matériau est recyclable quand on peut le transformer en un nouvel objet à la fin de sa vie (acier, aluminium, verre, certains plastiques) ; un matériau recyclé est déjà issu de déchets transformés. Choisir un matériau recyclé ou recyclable, c'est économiser des matières premières et de l'énergie et réduire les déchets : par exemple, une bouteille en plastique recyclé (PET) devient un pull polaire. L'acier et l'aluminium se recyclent presque indéfiniment : refondre de l'aluminium demande bien moins d'énergie que d'en produire à partir du minerai. Un objet en métal recyclé ou recyclable (une canette, un cadre de vélo) est donc un bon choix : il économise des matières premières et de l'énergie.
Un objet flotte quand la masse volumique de son matériau est inférieure à celle de l'eau (1 g/cm³) : c'est le cas du liège, qui flotte à la surface. Quelques exemples à connaître : le liège est léger et compressible (bouchon), le caoutchouc est élastique et adhérent (pneus), le verre est transparent et isolant électrique, le cuivre est un excellent conducteur, l'acier est dur et attiré par un aimant (mais tous les métaux ne le sont pas : l'aluminium et le cuivre ne le sont pas).
Définir avec vos propres mots et donner un exemple pour chacune de ces propriétés des matériaux : dureté, conductivité électrique et masse volumique.
Définir avec vos propres mots et donner un exemple pour chacune de ces propriétés des matériaux : dureté, conductivité électrique et masse volumique.
Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et corriger les fausses : (a) tous les métaux sont attirés par un aimant, (b) le verre est un isolant électrique, (c)…
Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et corriger les fausses : (a) tous les métaux sont attirés par un aimant, (b) le verre est un isolant électrique, (c) le bois sec conduit bien l'électricité.
Nommer un objet de votre vie quotidienne fabriqué avec un matériau recyclé ou clairement recyclable et expliquer quel avantage il y a à l'avoir choisi ainsi.
Nommer un objet de votre vie quotidienne fabriqué avec un matériau recyclé ou clairement recyclable et expliquer quel avantage il y a à l'avoir choisi ainsi.
Choisir un matériau en comparant les propriétés
Chaque objet demande une combinaison de propriétés. Pour choisir, on repère d'abord les exigences du cahier des charges, puis on compare les matériaux possibles.
Méthode : (1) lister les contraintes de l'objet (usage, environnement, coût, poids, sécurité) ; (2) en déduire les propriétés importantes ; (3) comparer les matériaux dans un tableau ; (4) choisir et justifier en indiquant l'inconvénient accepté.
Pour fabriquer un banc de jardin qui sera toujours exposé aux intempéries, comparer le bois et l'acier selon au moins trois propriétés pertinentes et décider lequel vous…
Pour fabriquer un banc de jardin qui sera toujours exposé aux intempéries, comparer le bois et l'acier selon au moins trois propriétés pertinentes et décider lequel vous choisiriez, en justifiant votre décision.
Les manches des casseroles et des poêles sont en plastique ou en bois, jamais dans le même métal que le corps. Expliquer ce choix de conception en utilisant au moins…
Les manches des casseroles et des poêles sont en plastique ou en bois, jamais dans le même métal que le corps. Expliquer ce choix de conception en utilisant au moins deux propriétés des matériaux.
Une équipe choisit l'aluminium pour une structure extérieure « parce qu'il ne s'oxyde pas ». Nuancer cette affirmation : que se passe-t-il réellement pour l'aluminium au…
Une équipe choisit l'aluminium pour une structure extérieure « parce qu'il ne s'oxyde pas ». Nuancer cette affirmation : que se passe-t-il réellement pour l'aluminium au contact de l'air et pourquoi cela finit par le protéger ?
Les matériaux composites
Quand aucun matériau seul ne répond à tout le cahier des charges, on en associe deux pour additionner leurs points forts.
Le manche d'un tournevis associe du plastique dur et des zones en caoutchouc. Raisonner sur les propriétés qu'apporte chaque matériau et sur la raison pour laquelle le…
Le manche d'un tournevis associe du plastique dur et des zones en caoutchouc. Raisonner sur les propriétés qu'apporte chaque matériau et sur la raison pour laquelle le manche n'est pas entièrement fabriqué en acier comme la tige.
Expliquer ce qu'est un matériau composite en utilisant l'exemple du béton armé ou de la fibre de verre : ce qu'apporte chaque composant et pourquoi la combinaison est…
Expliquer ce qu'est un matériau composite en utilisant l'exemple du béton armé ou de la fibre de verre : ce qu'apporte chaque composant et pourquoi la combinaison est meilleure que les matériaux pris séparément.
Décider avec des critères techniques et multimatériaux
Choisir entre plusieurs matériaux possibles demande de comparer des propriétés et de reconnaître clairement l'inconvénient que l'on accepte.
Un tableau comparatif aide à décider : une ligne par matériau, une colonne par critère.
Pour comparer équitablement des matériaux lors d'un essai, on ne change qu'un seul paramètre à la fois : même force, même outil, même zone testée, et on mesure la même grandeur (par exemple la profondeur de la rayure ou de l'empreinte).
Il faut choisir le matériau d'une gourde réutilisable pour le sac à dos scolaire. Évaluer l'acier inoxydable, le plastique et le verre selon le poids, la résistance aux…
Il faut choisir le matériau d'une gourde réutilisable pour le sac à dos scolaire. Évaluer l'acier inoxydable, le plastique et le verre selon le poids, la résistance aux chocs, l'hygiène et le coût ; en choisir un et justifier votre décision en reconnaissant quels inconvénients vous acceptez.
Concevoir une expérience simple d'atelier pour comparer la dureté de trois matériaux (bois de pin, plastique et aluminium) : procédure, grandeur mesurée et manière de…
Concevoir une expérience simple d'atelier pour comparer la dureté de trois matériaux (bois de pin, plastique et aluminium) : procédure, grandeur mesurée et manière de garantir que la comparaison est équitable.
Un pot de yaourt associe plusieurs matériaux (pot en plastique, opercule en aluminium, étiquette). Analyser pourquoi la multiplicité des matériaux complique son…
Un pot de yaourt associe plusieurs matériaux (pot en plastique, opercule en aluminium, étiquette). Analyser pourquoi la multiplicité des matériaux complique son recyclage et proposer une refonte de conception qui l'évite.
Retour au début : un marteau demande de la dureté en surface et de la résilience pour frapper sans se briser, alors que l'isolant d'un câble demande un polymère non conducteur et flexible. Aucun matériau ne peut tenir les deux rôles à la fois.