Exercices: Le choix des matériaux

Quatre échantillons de matériaux courants dans l'atelier sont présentés, numérotés de 1 à 4 :

1. Un tasseau de teinte claire avec des veines naturelles visibles.

2. Une tôle métallique d'un rouge cuivré brillant.

3. Une plaque rigide, incolore et transparente.

4. Une barre métallique gris foncé, lourde et magnétique.

Les identifier et proposer un objet que vous pourriez fabriquer avec chacun, en justifiant le choix par une propriété du matériau.

Définir avec vos propres mots et donner un exemple pour chacune de ces propriétés des matériaux : dureté, conductivité électrique et masse volumique.

Associer chaque objet à la propriété du matériau qui le rend possible : (a) une fenêtre, (b) un câble en cuivre, (c) un marteau, (d) un imperméable. Propriétés : conductivité, dureté, imperméabilité et transparence. Justifier chaque couple par une phrase.

Classer ces objets selon leur matériau principal (bois, métal, matière plastique, céramique ou textile) : une poêle, un pot de fleurs, un tee-shirt, une règle transparente et un crayon.

Expliquer la différence entre une propriété mécanique (comme la dureté ou l'élasticité) et une propriété thermique ou électrique (comme la conductivité), avec un exemple de chaque type.

Quelle propriété fait du liège un bon bouchon de bouteille et du caoutchouc un bon matériau pour les roues ? Nommer la propriété dans chaque cas et l'expliquer en une phrase.

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.

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.

Le graphique compare la masse volumique de trois matériaux d'atelier. Pour le châssis d'un drone scolaire, il faut qu'il soit le plus léger possible mais rigide. Raisonner, à l'aide des données du graphique, sur le matériau que vous choisiriez et sur quelle autre propriété vous vérifieriez avant de décider.

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.

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.

Une même chaise peut être fabriquée en pin, en acier ou en polypropylène. Réaliser un tableau comparatif avec trois propriétés pertinentes et décider lequel vous choisiriez pour une cantine scolaire, en le justifiant.

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.

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 ?

Choisir un matériau pour chacun de ces éléments et le justifier par une propriété clé, en écartant en outre une alternative qui semble valable : le fond d'un aquarium, un aimant de réfrigérateur et l'anse d'une théière.

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.

Les charnières en plastique d'un casier se cassent au bout de quelques mois d'utilisation. Analyser quelle propriété a été ignorée lors du choix de ce matériau, quel matériau alternatif vous proposeriez et pourquoi.

Un lampadaire solaire de jardin comporte plusieurs parties : le poteau, le boîtier du panneau solaire, le diffuseur qui protège la lumière et le support intérieur des piles. Choisir un matériau précis pour chaque partie et justifier chaque choix par une propriété.

Un jouet pour enfants doit être non toxique, résistant aux morsures, lavable et léger. Analyser quels matériaux satisferaient toutes les exigences et quels compromis chaque option possible implique.

Rechercher ce qu'est l'acier corten et pourquoi il est utilisé pour des sculptures en plein air sans être peint. Le relier à l'idée de « couche protectrice » et le comparer avec la solution consistant à peindre l'acier tous les quelques ans.

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.

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.

Évaluer le dilemme « bioplastique ou plastique recyclé » pour fabriquer une bouteille : origine de la matière première, dégradation et recyclabilité. Défendre une option en reconnaissant ses points faibles.