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LES MATÉRIAUX DANS LES TRANSPORTS

I Familles de matériaux II Propriétés physico-chimiques des matériaux

I. Familles de matériaux

Activité p 172

Matériaux

Inorganiques Organiques

Naturels : - Laine

- Bois

- Caoutchouc

- Cuir

- Coton

Synthétiques : - Elastomères Caoutchouc

- Thermoplastiques polyéthylène

- Thermodurcissables polyesters

Non métalliques : - Monocristallins (quartz, silicium, …)

- polycristallins (céramiques, pierres naturelles, ciment, …)

-Amorphes : -(verre, fibres optiques …)

Métalliques : - Fer

- Acier (Fe + C)

- Métaux ne contenant pas de fer (Al, Cu) et alliages

Matériaux Inorganiques

On peut combiner ces différents matériaux pour les meilleures de leur propriétés, en réalisant des matériaux composites.

Pneu Béton

à armature armé

en acier

Métaux et alliages

Polymères Céramiques et

verres

Composites

Polymères chargés (fibre de

verre + polyester)

Exemple le silicium

monocristallin

polycristallin

Poudre

Exemple de matériau composite : bandes de polymères renforcés de fibres de carbone (PRC) pour le renforcement des ouvrages de construction.

Exemple : résine (polyester) renforcée de fibre de verre pour remplacer le béton armé des tablier des ponts. Grande facilité et rapidité de mise en place

Grâce à des matériaux composites, on peut réduire la masse d’un véhicule de 110 kg. Soit, un gain de 45 % par rapport à une structure en acier conventionnelle. Plastic Omnium a utilisé des thermoplastiques et des composites hautes performances

II. Propriétés Physico-chimique des matériaux

1. Propriétés thermiques

a. Contraintes thermiques Un changement de température entraine une

modification de la distance interatomique : la plupart des matériaux se dilatent en chauffant et se contractent en refroidissant.

L’allongement ΔL s’exprime Lo : longueur initiale en m α : coefficient de dilatation linéique (°C-1) Δө : variation de température (°C) Ces dilatations font apparaître un phénomène de

fatigue du matériau qui peut engendrer des fissures voire une rupture.

ΔL = Lo×α×Δө

b. Cas des Polymères

Les propriétés des polymères dépendent de la nature des monomères qui les constituent et de la façon dont ils sont liés.

Leurs propriétés thermiques dépendent des températures auxquelles les liaisons intermoléculaires se rompent.

On distingue les polymères thermoplastiques ( passent de rigide à flexible quand on les chauffe) et les thermodurcissables ( se rigidifient quand on les chauffe).

2. Propriétés mécaniques

Lorsqu’on applique une contrainte mécanique statique de traction le matériau fini par casser. C’est la rupture (point D sur la courbe)

Dans le cas ou on applique une contrainte σ cyclique évoluant au cours du temps, la rupture du matériau apparaît pour une contrainte mécanique plus faible: c’est le phénomène de fatigue.

σ : Contrainte mécanique en Pa. : Elongation, en % de la longueur initiale. D : Point de rupture.

3. Propriétés chimiques

a . Résistance au feu.

La résistance au feu indique la durée pendant laquelle un objet peut assurer sa fonction.

Elle est liée à la solidité des liaisons inter et intra moléculaires.

Elle est liée également à la nature chimique des matériaux qui en font des combustibles ou non.

b. Vieillissement dû aux UV.

Le comportement face au vieillissement d’un matériau dépend de sa nature chimique.

L’exposition aux UV entraine des réactions chimiques qui l’altèrent.

On y ajoute alors des adjuvants aux matériaux sensibles aux UV pour allonger leur durée de vie.

Voir activité.

c. La corrosion

La corrosion est une oxydation qui se produit principalement sur les métaux.

Elle correspond à la transformation du métal en ion métallique : M = Mn+ + n é

L’échelle d’oxydoréduction permet de prévoir si un oxydant peut corroder un métal ou non.

Les acides peuvent-ils corroder le zinc et le cuivre?

Le dioxygène de l’air peut-il corroder le cuivre et le zinc?

Les ions H+ peuvent corroder Zn mais pas Cu (règle du gamma).

Le dioxygène peut oxyder le zinc comme le cuivre.

E° en Volt (V)

H+ H2 0V

Cu 0,34 V

- 0,76 V Zn

Cu2+

Zn2+

Oxydant le plus fort

Réducteur le plus fort

H2O 1,23 V

O2

Protection contre la corrosion On peut protéger les matériaux de la corrosion de différentes manières :

Physiquement, en le recouvrant d’une couche non poreuse (peinture…) et isolante électriquement.

Par passivation ou anodisation en formant une couche d’oxyde non poreux à la surface du métal.

Par dépôt métallique, en déposant en surface un métal plus résistant à la corrosion.

Par anode sacrificielle, en connectant le métal à un autre plus susceptible d’être oxydé (placé plus bas dans l’échelle) qui sera corrodé en premier.

FIN