Bois, métaux et matières plastiques

Selon leur origine, les matériaux peuvent être naturels, dérivés (transformés à partir d'un matériau naturel) ou synthétiques (créés par l'être humain). Classer ces matériaux : bois de pin, matière plastique, acier, coton, verre. Expliquer le critère suivi dans chaque cas.

La figure montre l'arbre de classification des matériaux selon leur origine, avec des exemples sur chaque branche, mais une carte est cachée par un point d'interrogation, comme le montre le schéma.

Quel exemple de matériau synthétique la carte cachée pourrait-elle dissimuler ? Expliquer ce que signifie chacune des trois branches et ajouter une nouvelle carte, avec son exemple, à chacune.

La figure montre deux chaînes qui vont de la matière première à l'objet fini, mais un maillon est caché, comme le montre le schéma.

Quel maillon manque dans la deuxième chaîne ? Expliquer la différence entre matière première, matériau et objet, et construire une nouvelle chaîne complète qui commence à « sable » et se termine à « fenêtre ».

Une planche de bois naturel et un panneau de contreplaqué se distinguent à l'œil nu. Expliquer quelles différences on observe (veines continues face à de fines couches collées) et pourquoi le panneau est considéré comme un matériau dérivé du bois et non comme un bois naturel.

Les panneaux (contreplaqué, MDF, aggloméré) ont remplacé le bois massif dans la plupart des meubles. Expliquer deux avantages des panneaux (prix, grandes pièces stables, valorisation des chutes de bois) et un inconvénient (ils s'abîment avec l'humidité, les assemblages tiennent moins bien).

Une table peut être en pin (bois tendre) ou en chêne (bois dur). Comparer le prix, la dureté et la facilité de travail de chaque bois, et en choisir un pour l'établi de la salle d'atelier, qui recevra des chocs et des rayures tous les jours. Justifier votre choix.

Un menuisier affirme : « Pour construire les tables de la salle de technologie, il vaut toujours mieux employer du bois massif de pin que des panneaux d'aggloméré mélaminé, car le naturel offre toujours plus de qualité et de durabilité. » Réfuter techniquement cette affirmation : analyser comment chaque matériau réagit aux variations d'humidité ambiante et aux rayures répétées dans un atelier, et expliquer quels avantages apporte l'aggloméré en matière d'exploitation durable des ressources forestières et de coût économique.

Associer chaque matériau à sa famille : a) pin, b) contreplaqué, c) acier, d) aluminium, e) PVC. Familles : 1. métal non ferreux ; 2. bois naturel ; 3. matière plastique ; 4. panneau de bois ; 5. métal ferreux.

Les métaux se divisent en ferreux (ils contiennent du fer, comme l'acier) et non ferreux (comme le cuivre ou l'aluminium). Comparer leurs propriétés typiques (dureté, oxydation, conduction de l'électricité, masse) et associer chaque métal à un usage courant : acier, cuivre et aluminium avec outils et structures, câbles électriques, et canettes et cadres de fenêtre.

Les câbles électriques sont presque toujours en cuivre et non en acier, bien que l'acier soit moins cher et plus résistant. Expliquer quelles propriétés l'emportent dans ce choix (le cuivre conduit bien mieux le courant et est ductile : on peut l'étirer en fils fins) et pourquoi le prix n'est pas tout dans le choix d'un matériau.

Les cadres de fenêtres sont généralement en aluminium ou en PVC, presque jamais en acier. Expliquer quelles propriétés rendent l'acier peu pratique pour cet usage (masse, oxydation sous la pluie) et ce qu'apporte chacun des deux matériaux effectivement utilisés.

Vrai ou faux ? Justifier chaque réponse : a) l'aluminium est un métal ferreux ; b) la plupart des matières plastiques sont obtenues à partir du pétrole ; c) le bois est un matériau renouvelable si l'on replante les forêts ; d) tous les métaux s'oxydent avec la même facilité.

Un stylo à bille simple combine plusieurs matières plastiques différentes : le corps rigide, la zone de préhension souple et une pièce transparente pour voir l'encre. Expliquer pourquoi on n'utilise pas une seule matière plastique pour tout et quelle propriété recherche chaque pièce.

Analyser une chaise de classe typique : structure en tube d'acier, assise et dossier en polypropylène (une matière plastique) et embouts en caoutchouc sur les pieds. Expliquer ce qu'apporte chaque matériau à l'ensemble et expliquer ce qui se passerait si toute la chaise était fabriquée dans un seul matériau.

Regarder autour de vous dans la salle de classe : identifier le matériau principal de cinq objets (la table, la chaise, la règle, la poubelle, la fenêtre) et le classer en bois ou panneau, métal ou matière plastique. Laquelle des trois familles l'emporte dans votre salle ?

Choisir le matériau le plus adapté et le justifier avec deux propriétés : a) la clôture d'un jardin : bois traité ou carton ; b) le cadre d'un vélo : aluminium ou plomb ; c) la gourde souple d'un sac à dos de montagne : plastique souple ou verre.

La mairie va installer un banc dans un parc : il sera en plein air, sous la pluie, et subira une utilisation intensive. Évaluer les options bois traité, acier peint et plastique recyclé selon les critères de résistance à l'humidité, d'entretien et de durabilité, et en recommander une en la justifiant.

Dans la salle d'atelier, vous disposez de tasseaux de bois provenant de palettes jetées et de tronçons de tube de cuivre restants d'un chantier. Vous voulez concevoir un portemanteau mural résistant pour accrocher des sacs à dos allant jusqu'à 7 kg. Élaborer une conception détaillée (par un croquis coté ou une description technique) en indiquant quelle fonction remplit chaque matériau selon ses propriétés mécaniques, comment vous allez les assembler en toute sécurité et quelles vérifications ou traitements préalables indispensables vous devez réaliser sur ces matériaux de récupération avant de les usiner afin d'éviter accidents ou ruptures.

Associer chaque déchet à sa destination : a) une bouteille en plastique, b) un vieux journal, c) un bocal en verre, d) une chaise cassée en bois et métal. Destinations : 1. conteneur vert ; 2. conteneur bleu ; 3. conteneur jaune ; 4. déchetterie. On considère ici une commune qui trie en trois conteneurs distincts (dans beaucoup de communes françaises, papiers et emballages vont ensemble dans le bac jaune). Expliquer pourquoi la chaise ne va dans aucun des trois premiers.

Un vieux téléphone portable contient du plastique, du verre, du cuivre, de l'aluminium et même une pincée d'or. Expliquer pourquoi il ne doit pas être jeté à la poubelle ordinaire, ce qu'est une déchetterie et quels matériaux, selon vous, peuvent être récupérés et pour quoi faire.

Une entreprise d'embouteillage étudie deux options pour distribuer du jus de fruit dans un rayon de 40 km : des bouteilles en verre consignées (360 g chacune, avec une durée de vie estimée à 25 cycles de lavage et de réutilisation) contre des bouteilles en plastique PET à usage unique (28 g chacune, destinées au bac de tri jaune). Interpréter ces données en tenant compte de la masse pour le transport, de la consommation d'eau et de produits chimiques dans l'usine de lavage, et de la gestion finale des déchets. Justifier laquelle des deux options a le moindre impact environnemental pour cette distribution locale et prévoir comment votre décision changerait si le produit était distribué à 1 500 km.

Une entreprise commercialise un nettoyant dans un emballage composé d'une bouteille en plastique PET, d'un bouchon en polypropylène et d'une étiquette enveloppante en PVC fixée avec un adhésif permanent. Bien que les trois matières plastiques soient en théorie recyclables séparément, dans le centre de recyclage cet emballage est presque impossible à valoriser et se dégrade en déchet de faible qualité. Expliquer pourquoi cela se produit sur le plan technique, en comparaison avec le recyclage d'une boîte de conserve en acier, et repenser l'emballage en appliquant des critères d'écoconception pour garantir qu'il puisse être recyclé avec une haute qualité.

Un centre de tri reçoit un mélange broyé de canettes en acier (masse volumique : 7,8 g/cm³), de canettes en aluminium (masse volumique : 2,7 g/cm³) et de fragments de bouteilles en polyéthylène (masse volumique : 0,95 g/cm³). Un électroaimant sépare dans une première étape les pièces en acier, mais laisse passer ensemble celles en aluminium et en plastique. Justifier pourquoi cela se produit selon les propriétés magnétiques des métaux et concevoir un système technique continu permettant de séparer l'aluminium du plastique en utilisant l'eau (masse volumique : 1,0 g/cm³) et les différences de masse volumique entre les deux matériaux.

Après l'interdiction des plastiques à usage unique, un restaurant de restauration rapide remplace ses gobelets par du carton non traité et ses fourchettes par du bois non revêtu. Les clients se plaignent que les gobelets se ramollissent et fuient au bout de quelques minutes une fois remplis de soda, et que les fourchettes s'effilochent et absorbent le gras des aliments. Expliquer quelles propriétés techniques et d'hygiène ont fait défaut à ces matériaux, proposer quelles solutions techniques l'industrie applique pour y remédier et analyser quel nouveau problème environnemental apparaît avec ces solutions au moment de les recycler.

Défi du thème. Imaginez que vous travaillez comme conseiller en écoconception. Votre mission est d'analyser l'utilisation du bois, du métal et de la matière plastique chez vous et de proposer une alternative plus durable pour un objet du quotidien.

1. Inventaire domestique : Sélectionner $3$ objets de votre maison (un en bois, un en métal et un en matière plastique). Mesurer leurs dimensions avec une règle pour estimer leur volume approximatif et noter deux propriétés techniques clés de chacun (dureté, conductivité, légèreté, élasticité…).

2. Consultation officielle : Se rendre sur le site de l'INSEE (ou du ministère de la Transition écologique) et consulter le taux de recyclage des emballages en plastique et en métal en France (à titre de comparaison, l'Espagne affiche des taux proches de $51,5\,\%$ contre $85,0\,\%$ ; les chiffres français peuvent être différents). Noter les données officielles et les comparer.

3. Proposition de reconception : Dans une feuille de calcul LibreOffice Calc, rassembler les données dans un tableau comparatif et rédiger une courte proposition : par quel matériau (bois certifié ou métal recyclable) remplaceriez-vous l'objet en plastique analysé pour améliorer son impact écologique sans perdre en fonctionnalité ? Le justifier selon ses propriétés mécaniques.

Seront évalués :

• L'identification et la caractérisation technique correctes des trois matériaux.

• La rigueur dans la prise de mesures directes et la consultation de statistiques officielles.

• La justification cohérente de la reconception selon les propriétés physiques et la recyclabilité.

• La clarté et l'organisation du document produit avec LibreOffice.