E.A.L.R. Construction JP Laurent page732.free.fr/pdf_techno/1_materiau_generalite_2008.pdf2.1.1 Le recours au laboratoire : Méthodologie des études La connaissance des matériaux

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:


2- Etude des matériaux de construction

Sommaire 2- ETUDE DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ......................................................................... 2

Regard ................................................................................................................................................... 3 Dématérialisation ................................................................................................................................. 3

INTRODUCTION :LES MATERIAUX AUJOURD’HUI ........................................................................................ 6 Les questions qui se posent ................................................................................................................... 6

1 - PRESENTATION - GENERALITES .......................................................................................................... 10 1.1 - Introduction : .............................................................................................................................. 10 1.2 - Choix des matériaux : ................................................................................................................. 10 1.3 - Classification des matériaux suivant leurs degrés d'élaboration : ............................................. 10

- Famille de produit - Famille d’ouvrage ....................................................................................................... 10 Deux familles de matériaux / produits : ....................................................................................................... 11

Produits monolithes : ................................................................................................................................ 11 Produits composites : ................................................................................................................................ 11

Deux familles de parois / ouvrages : ............................................................................................................ 11 Parois monolithes : ................................................................................................................................... 11 Parois composites : ................................................................................................................................... 11

2 - CLASSIFICATION DES MATERIAUX (SEMI-PRODUITS) EN FONCTION DE LEURS ORIGINES ..................... 11 2.1 - Présentation : ............................................................................................................................. 11 2.2 - Tableau : Produits / Origine : .................................................................................................... 12

3 - PROPRIETES DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ............................................................................... 12 3 - PROPRIETES DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ............................................................................... 12

3.1 - Présentation : ............................................................................................................................. 12 Les caractéristiques physiques : ................................................................................................................... 12 - Les caractéristiques mécaniques ................................................................................................................ 12 Les déformations du matériau : rigidité, élasticité ductilité fragilité. ........................................ 12 - Les caractéristique chimiques .................................................................................................................... 12

3.2 - Caractéristiques physiques : ....................................................................................................... 13 3.3 - Caractéristiques mécaniques .................................................................................................................... 16 3.4 - Caractéristiques chimiques ...................................................................................................................... 17

4- Travail à faire ......................................................................................... Erreur ! Signet non défini. 4 1 – La pensée des architectes à propos de la construction , de la matière, de la technique, de la mise en œuvre ou des cultures constructives .............................................................................................. Erreur ! Signet non défini.


Histoire – philosophie – technologie – production – mise en œuvre – fabricant – chantier – produit -

1 Regard 1.1. DEMATERIALISATION

« La pierre nous la connaissons et nous en ressentons la beauté. Les matériaux que nous utilisons aujourd’hui en architecture, nous ne les connaissons que pour leur résistance supérieure, non pour leur forme signifiante » Louis I Kahn Références Besaude- Vincent « Eloge du mixte » édition Hachette Aristote structure M Serre Deleuze François Dagonier »rematérialisation Bachelard Article « Chimie « de l’encyclopédie 17 eme siècle

1.1 REGRESSION

On constate aujourd’hui une régression dans l’utilisation des matériaux (matière première) Les matériaux ont changé, évolué depuis 50 ans, on est entré dans un processus de dématérialisation c'est-à-dire réaliser des éléments identiques avec moins de matière parce que plus sophistiquée et plus « intelligent" Par exemple la consommation d’acier aux USA était en 1980 au niveau de la consommation de 1920. S’il fallait construire la tour effet aujourd’hui on n'utiliserait que 2000 T d’acier au lieu des 7000 utilisés par effel.

1.2 REALITE VIRTUELLE

On s’aperçoit qu’aujourd’hui le matériau ne correspond plus à une réalité préhensibles mais plutôt une potentialité de réponse en fonction d’un cahier des charges. Il y aurait donc au départ un projet qui fixerait les données d’un cahier des charges pour les matériaux qui le constituent les industriels répondraient à cet appel d’offre. Bien que la plupart des industriels qui dirigent des centres de RetD très important aimeraient que les questions soient posées en ces termes, on s’aperçoit que l’on sort de la spécificité du projet d’architecture. Le projet est à l’échelle macroscopique alors que les recherches s’effectuent à l’échelle microscopique avec l’idée qu’il y aurait un facteur d’homothétie entre les deux en d’autre terme une proportionnalité.

1.3 MATERIAUX FONCTIONNALISES

Les matériaux sont fonctionnalisés pour s’adapter à un système technique très précis. De ce fait le matériau n’est plus adaptable à plusieurs étages. Sa force première : réponse pointu en fait à plus grande échelle. Il en va de même des structures optimisées répondant à un programme fixé très étroit. L’évolution du contexte le mettrait en péril. Exemple fonctionnement de la coque en béton de 30 m de 10 cm d’épaisseur conçue pour répondre à un programme de charges uniformes très bien réparties. Cette façon de penser le matériau est apparue dans les années 70 - 80. Il s’est d’abord développé dans le secteur de l’automobile et de l’aviation ou les doubles recherches d’allègement et de sécurité ont conduit les concepteurs à se tourner vers les matériaux composites. Exemple : l’évolution du pare choc intégrant le design de la voiture ainsi que l’ensemble des fonctions de ventilation, phare…. Allègement moteur de la dématérialisation La dématérialisation est apparu comme le nouvel enjeu post fordisme de l’innovation .L’objectif identifié par tous était de produire plus avec moins de matière première. On peut penser que la raréfaction (ou la peur du manque) de la ressource énergétique avec les chocs pétroliers de 74 ont contribué à développer cet état d’esprit. On rentrait dans l’ère de la désindustrialisation par la compacité plus grande des éléments produits et des outils de production. Les chaînes se raccourcisses les opérations diminuent. La flexibilité augmente. La consommation des services (tertiaire) supplante la consommation de produit. Aujourd’hui d’ailleurs avec le développement durable voit se développer une penser d’un


matériau recyclable à vie et donc la diminution exponentielle des prélèvements de matière sur le globe. : C’est la naissance de l’écologie industrielle ou l’enjeu est de réduire d’abord l’emprunt à la terre. Cet état d’esprit qui peu à peu infiltre le domaine de la construction, repose sur 3 charnières : Philosophique, physique et technique Philosophique : (Origine Platon et Descartes qui jusqu’aujourd’hui ont entretenue l’idée que le matériau était une matière molle qui devait être domptée par l’esprit. Ce serait une matière inerte sur lequel on imprime de l’information (cf. la publicité sur les composite « la matière première des composite c’est votre intelligence ») L’idée qui est reprise aujourd’hui c’est plus on introduit d’intelligence et moins il y aura de matériau Pensée identique chez les mannequins d’aujourd’hui ou il y aurait un rapport entre esthétique et poids .Les communication qui suivent tendent à transformer le matériau en espace virtuel attendant d’être rempli par l’intelligence humaine. Dans ce combat de la nature avec l’homme, l’homme sortirait enfin vainqueur en ayant dompté la matière.

1.4 PHYSIQUE

L’idée qui fait jour est qu’au delà de la quantité optimum la quantité supérieur de matériau n’augmente pas les capacités du matériau, au contraire elle l’affaiblisse par le risque de voir apparaître plus de défaut dans le matériau. Dans le processus de dématérialisation, le souci de la réduction de matériau serait associé à une perte de confiance sur la fiabilité du processus de production du matériau. Comme on roulerait vite sur les passages dangereux pour les dépasser plus rapidement. Peu à peu on s’acheminerait donc vers des matériaux intelligent voir des matériaux sans matière. Verre auto lavant, acier auto soudable, structure se renforçant. La réponse actuelle pour le concepteur de bâtiment est plus de rendre le bâtiment intelligent (exemple la cathédrale de Beauvais)

1.5 TECHNIQUE

On aborde la tout l’espace de la science de matériaux qui est une science générique et les nanotechnologies (développement identique en médecine) ce qui nous intéresse serait à l’échelle microscopique. A l’image de l’industrie du médicament, pourquoi ne pas recomposer nos matériaux molécule par molécule pour assurer dans leur échelle macro le fonctionnement attendu. : AU lieu de sculpter le bloc Michel-Ange aurait pu mouler à partir de la particule élémentaire son David mais la matière lui aurait elle parlée autant, qu’aurait été soin David. Matériau idéal Nous nous dirigeons peu à peu vers l'‘idée d’un matériau idéal sur le plan « sciences des matériaux » C es serait un matériau qui surmonte toutes les contraintes de la nature set qui impose l’esprit sur la matière. Un matériau génétiquement

1.6 LA « MATIERE GRISE », MATERIAU DE L’AVENIR

Colloque organisé à Nimes en décembre 2002 Une société de la connaissance Nul doute, nous sommes définitivement entrés dans une civilisation de la Connaissance ; la « matière grise », outil essentiel du savoir, est désormais le bien le plus précieux tant pour le développement des Entreprises que pour celui des Territoires ou des Régions. De ce fait, la transmission des savoirs acquis, c’est-à-dire la formation, l’invention de nouveaux savoirs, donc la recherche, qu’elle soit fondamentale ou appliquée, l’utilisation de ces savoirs, c’est- à-dire l’appropriation permanente de nouveaux procédés par les entreprises, constituent les trois éléments d’un développement économique local et les piliers de sa compétitivité. Une société technologique se met ainsi en place, qui modifie les habitudes des hommes et les méthodes des institutions. Pour éviter les effets des spéculations de financiers, trop pressés de toucher leur retour sur investissements, il convient d’établir des garde-fous, de façon à mieux réguler les pratiques en mettant en place les bases d’un « progrès durable ».


1.7 DE MATERIALISATION

La baisse de consommation matérielle accompagne la miniaturisation des produits Il a fallu 7000 T d'acier pour construire la tour Effel aujourd'hui il en faudrait 2000 .étant donné les qualités des aciers actuels Reçu l du matériel au bénéfice d'un univers concentré d'information, ce phénomène s'inscrit dans une évolution globale de notre style de vie Produire de meilleure qualité avec moins de matières P 247 La fin de l'age des matériaux titre d'un article paru en 1986 démontrant que la demande en matériaux de base acier ciment, papier, aluminium, ammoniaque, chlore, éthylène est en régression. Le bilan quantitatif est éloquent. Apres avoir atteint un maximum dans les années 20l'acier dans l'économie américaine revient au niveau d'il y a cent ans en 1980 En 1984 le japon consomme 47 % de moins d'acier qu'en 1973, 18 % de l'aluminium en moins, 8% de plastique en moins. "Ce siècle s'affranchit de la matière

1.8 DIFFUSION EVOLUTION ET MUTATION

« Les composites sont nés des grands programmes spatiaux "Sans composites pas de fusées, ni de stellites" disaient volontiers les promoteurs du secteur. Cette assignation d'un lieu de naissance conditionne toute problématique de diffusion. Parce que la technologie des composites fut mise au point en vue de haute performance, l'avenir de ces matériaux se trouve dans un mouvement qui va de la haute technicité vers la grande diffusion. Spontanément les métaphores epidemiologiques que les économistes ont érigés en modèle de la diffusion, viennent sous la plume des rapporteurs » LE matériau oppresseur – le matériau libérateur La pierre au 18 eme LE béton au 20 Couple matériau procède


2 Introduction : les matériaux aujourd’hui

« Nous n’attendons rien des matériaux en tant que tels. Seul comptent leurs bons usages. Les matériaux eux même ne nous donnent aucune supériorité. La valeur de chaque matériau est ce que nous en faisons. » L. Mies Van Der Rohe

2.1 LES QUESTIONS QUI SE POSENT

: Afin de comprendre précisément des études et matériaux supposons que nous étudions un matériau inconnu nouveaux dont nous voulons connaître ses potentialités dans un emploi dans la construction. Les questions que l’on se pose sont les suivantes :

1. Pour résister aux contraintes endurées par les éléments de la construction : Quelles sont les caractéristiques des matériaux à étudier et comment. ? (ce seront les caractéristiques intrinsèques) Cela suppose bien entendu de connaître la destination l'emploi et la position précise du matériau dans la construction : Toiture revêtement façade structure fondation etc.

2. Comment transformer ces matériaux pour pouvoir le façonner afin qu'ils remplissent l'emploi désiré : C’est la capacité de formage ?

2.1.1 Le recours au laboratoire : Méthodologie des études La connaissance des matériaux passe donc par l'identification des caractéristiques de ces matériaux afin de pouvoir en évaluer le niveau de performance. C'est-à-dire le niveau de réponse aux contraintes imposées. Il reste donc à définir le mode d'études, le processus d'enregistrement et le type de valeur à connaître. Ceci passe toujours par une étude en laboratoire .on reconstitue les données d'agression du site .A partir d’un échantillon (éprouvette) du matériau, on étudie avec des appareils de mesure les réponses successives du matériau. En conclusion soit on établit une loi de réponse provenant du matériau (par exemple la loi de Jurin pour la capillarité des matériaux minéraux), Soit on évalue la valeur de réponse du matériau soumis à une « agression » Cette valeur permettra de le comparer à l’autre matériau et aux valeurs minimales demandées dans la construction. Exemple : Le coefficient de dilatation d’un matériau

2.1.1.1 Trois démarches entre Naturel et Industriel

2.1.1.1.1 1-Les matériaux à notre disposition proviennent principalement du sol : minéraux et végétaux etc. Les matériaux sont utilisés directement sous la forme proposée par la nature avec une transformation et des mises en forme simples. L’aspect aléatoire et hétérogène caractérisant l’origine naturelle subsiste dans la construction.

Dans ce cas le projet est le support qui accueille le matériau. C’est la composition avec l’édifice et son écriture constructive qui vient en fait compenser les défaillances du matériau naturel. En fonction des caractéristiques du matériau on lui définira une certaine forme et une certaine position dans la construction.

Exemples : l'extraction de la pierre nécessite une mise en forme de façon à réaliser son empilage. Les pierres froides très peu poreuses sont utilisées en socle tandis que la pierre tendre seront utilisées et en partie courante. Ces pierres ne connaissent aucune transformation industrielle particulière. C'est aussi le cas de la terre, du chaume, du bois etc.


Les stères de bois » projet de l’exposition nationale Suisse 2002. Ici le rondin de bois (grume) non dégrossi est le module de bas de la construction. Même si cet exemple est très intéressant, il faut remarquer que ce projet doit être démonté à partir de novembre 2002.

2.1.1.1.2 2 - la transformation industrielle visant à adapter les compétences du matériau à un emploi très défini. Le matériau devient produit. Il prend une forme. Le processus de production (Process) devient évolué

Exemple : L’extraction du minerai de fer nécessite une transformation par fusion avec ajout de carbone. Le minerai purifié est ensuite laminé pour réaliser des profilés industriels de types IPE, HEA, etc. Le produit industriel est basé sur les qualités principales du matériau d’origine mais c’est plus le process (fonte du minerai, carbone et laminage) qui en fait son identité. Ce process est basé sur l’optimisation des caractéristiques physiques, mécaniques et chimiques du produit final.

q Recherche de bardeau de terre cuite pour le projet de Berlin de R Piano. Le produit d’origine reste la terre argileuse mélangée avec del’oxyde de fer faisant l’objet suivant les cas d’une cuisson et d’un étirage.

2.1.1.1.3 La création d'un matériau de toutes pièces à partir d'un cahier des charges définies en amont.

Nous sommes ici plus dans une réflexion de chimistes, c'est-à-dire une connaissance du matériau à partir de ses composantes fondamentales que sont les molécules et leurs liaisons plutôt que dans une réflexion traditionnelle de l'exploitation des matériaux tels que nous la connaissons jusqu'à aujourd'hui. Nous passons à l’échelle microscopique

Le matériau est pensé et défini entièrement à l'image d'un médicament dont la molécule active est crée pour une action précise. Le procédé d’élaboration est souvent complexe Exemple :

• le polystyrène créé à partir d'une molécule d’hyrène à multiples liaisons. L’'objectif principal étant son pouvoir isolant important. La composition moléculaire garantie une


porosité fermée (qui emprisonne l’air sec) important source d'un coefficient de conduction extrêmement faible.

• Les nouveaux bétons BHP : stucal, ccv

C'est encore le cas des matériaux composites réalisés à partir d'une matrice et d'une charge comme le polyester Ces matériaux sont en pleine expansion actuellement. ILS ne reposent sur aucun matériaux ou produits dérivés existants. Ce sont des matériaux de synthèse créés le plus souvent à partir de la chimie du pétrole. Remarques

Aujourd'hui les recherches s'orientent de plus de plus vers une amélioration des matériaux existants en les composants avec des matériaux complémentaires de manière à obtenir des produits dans les composantes bénéficient des caractéristiques de chacun des constituants. Le composer est beaucoup plus intéressant que la somme de ses composants. Dans ce cas et dans le cadre de se cours nous parlerons de matériaux composés et non plus de matériaux composites termes que l'on réservera à des matériaux chimiques.

Exemple :

• L’adobe terre plus paille • le béton armé, • l'acier et sa galvanisation • le verre auto nettoyant ou filtre de lumière •

Processus de fabrication Les caractéristiques du matériau étant intimement liées à son processus d'élaboration et de fabrication, il est toujours très important de le connaître précisément : De ce mode de fabrication dépendra ainsi ses capacités d’évolutions et ses caractéristiques intrinsèques Les principales étapes que l’on retrouve sont :

• Chauffage • Etirage • Extrusion • Emboutissage • Calandrage.

La connaissance des matériaux nécessite donc de se baser sur un ensemble de paramètres préférentiels indicateurs de son comportement futur dans la construction Dans la construction, les caractéristiques des produits et des matériaux employés nous serons délivrées sous forme de PV essais effectués par des laboratoires. Ces essais de laboratoires sont réalisés suivante des procédures normalisées. Exemple : Caractérisation de l’acier Pour connaître la résistance mécanique d’un acier, on réalisé un essai de rupture avec une éprouvette de dimensions normalisées, sur une machine normalisées. On enregistre les résultats suivant une procédure. On détermine ainsi la résistance à la traction de l’acier. Sur ces bases le résultat peut être obtenu une infinité de fois. Cette procédure en garantie la reproductibilité. L’intensification de la transformation industrielle conduit le matériau à être très performant dans un domaine et plus faible dans les autres domaines. Ce qui entraîne deux attitudes :

- Soit limiter l'emploi du matériau dans des circonstances exploitant au mieux cette performance.

- Soit associer des matériaux ensemble de manière à dépasser les limites de chacun. C'est pourquoi dans ce cours nous allons présenter les différentes caractéristiques des matériaux, et leur mode d'identification de leurs caractéristiques. Les principales caractéristiques de matériaux sont :

• Les caractéristiques physiques. • Les caractéristiques mécaniques. • Les caractéristiques chimiques • Les caractéristiques de mise en forme, de façonnage


• , les caractéristiques de toxicité de salubrité associées à celle de recyclage • Les caractéristiques de consommation d’énergie


2.2 1 - PRESENTATION - GENERALITES

2.2.1 - Introduction : Jusqu'à l'avènement de l'industrialisation, les matériaux employés dans la construction étaient les matériaux présents sur le site du projet : terre, bois, pierre, ... Ces matériaux étaient utilisés dans leur état naturel. L'apparition de l'industrie dans la production de matériaux pour la construction, a enrichi la quantité de matériaux disponibles (apparition de nouveaux matériaux) et la qualité de ces matériaux (optimisation, transformation, amélioration). Etudier les matériaux de construction c'est donc : • Connaître l'ensemble des constituants de base suivant leurs origines. • Déterminer les caractéristiques de ces matériaux afin d'orienter le choix en fonction Des exigences de la construction. • Connaître les transformations apportées par l'industrie et les formes disponibles. • Savoir dialoguer avec l'industrie par l'intermédiaire de ses documentations techniques, et des

exigences réglementaires.

2.2.2 - Choix des matériaux : Il n'existe pas à priori pas de matériau universel, possédant l'ensemble des caractéristiques pour un emploi donné. Chaque matériau possède des limites, des qualités, et des défauts. Le choix d'un matériau doit être guidé en fonction d'un bilan prenant en compte :

Le parti architectural : les qualités d'expression du parti architectural liées au matériau : formes possibles, nature, texture, couleur, symbolisation, annotation culturelle, durabilité de cette expression,...

- Les caractéristiques intrinsèques du matériau par rapport aux fonctions de l'ensemble dans lequel il est incorporé.

Ex : matériau étanche pour une toiture.

- La comptabilité fonctionnelle des différents matériaux de la construction entre eux.

Ex : incompatibilité chimique du zinc et du chêne entraînant la corrosion du zinc ; dilatation thermique compatible du béton et de l'acier dans le béton armé

- - La pérennité de l'ouvrage construit dans sa forme et son aspect face aux agressions extérieures.

Ex : rouille des éléments métalliques, efflorescence sur les briques de façade...

- La disponibilité, le savoir faire local, la présence de réseaux économiques développant ce produit.

2.2.3 - Classification des matériaux suivant leurs degrés d'élaboration :

L'intervention de l'industrie dans la production de matériaux est généralisée aujourd'hui. Suivant la valeur ajoutée sur les matières premières par l'industrie on distingue trois niveaux. a - Matériaux : Elément disponible à l'état naturel, sans traitement industriel. Le matériau est le composant de base de l'industrie : terre, sable, gravier, roche, bois... b - Semi-produit : Elément ayant subi une transformation industrielle. Composé d'un ou plusieurs matériaux, il se présente sous des formes et des caractéristiques définies.

Ex : Briques, profilés métalliques, feuille de verre, feuille de bois,... c - Composant : Ensemble structuré et réalisé en usine pour un usage prédéfini. Le composant est constitué de plusieurs semi-produits assemblés en usine. C'est un élément fini de la construction.

Ex : Fenêtre composée de vitrage, joints, cadres métalliques, façade préfabriquée, panneaux sandwichs.

2.2.4 - Famille de produit - Famille d’ouvrage (Remarque : Dans la suite on emploie produit pour semi-produit)


2.2.4.1 Familles de matériaux / produits :

2.2.4.1.1 Produits monolithes :

Produits utilisés pour des qualités reconnues dans un domaine d'action limitée (homogène). Les produits monolithes sont constitués d'un seul matériau.

Ex : Brique, verre, pierre,... 2.2.4.1.2 Produits composites :

Produits dont les caractéristiques sont remplacées par l'adjonction des matériaux (hétérogène) complémentaires étendant son domaine d'action. Les produits composites sont constitués de plusieurs matériaux.

Ex : Verre armé : le quadrillage ajouté au vitrage permet sa résistance au choc.

2.2.4.2 Famille de parois / ouvrages :

2.2.4.2.1 Parois monolithes :

Le matériau en produit employé remplit toutes les fonctions de l'ouvrage.

Ex : Béton cellulaire : remplit la fonction mécanique et isolation thermique conjointement.

2.2.4.2.2 Parois composites :

L'ouvrage est constitué de plusieurs produits juxtaposés et liés ensembles. Dans les ouvrages composites chacun des produits est employé dans son domaine de prédilection.

Exemple : Mur en béton avec doublage thermique, laine minérale .Le béton utilisé pour ses qualités mécaniques. La laine minérale pour ses qualités isolantes.

La tendance de la recherche industrielle est d'élaborer des produits, très performants dans des conditions limitées ; domaine d'emploi restreint : un produit - une fonction. En effet, il est difficile d'utiliser des produits dans des domaines différents lorsque ceux-ci sont incompatibles.

Exemple : Résistance mécanique et conductibilité thermique.

2.3 - CLASSIFICATION DES MATERIAUX (SEMI-PRODUITS) EN FONCTION DE LEURS ORIGINES

2.3.1 2.1 - Présentation : L'ensemble des caractéristiques des matériaux et produits est lié au mode d'élaboration de ces éléments.

- Elaboration naturelle (Ex : provenance sol). - Transformation industrielle (Ex : vitrification par chaleur --> étanchéité).

En réalisant une classification de l'ensemble des produits disponibles en fonction de leur origine et leur transformation, on sera à même de constituer des familles de comportement de ces produits.


2.3.2 2.2 - Tableau : Produits / Origine :

3 Propriétés des matériaux de construction

3.1.1 3.1 - Présentation : Les caractéristiques des matériaux permettent d'évaluer leurs comportements respectifs par rapport aux exigences de l'ouvrage qu'ils composent. On distingue les caractéristiques physiques, les caractéristiques mécaniques et les caractéristiques chimiques.

3.1.1.1.1 Les caractéristiques physiques :

- nous donnerons des informations sur la réaction du matériau face aux agents agressifs (eau, froid, bruit, feu, "lumière"...).

ESPACE ABRITE OBSTACLE DE L’OUVRAGE

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES

• Pénétration de l’eau par

capillarité • Pénétration de l’eau • Gelure, destruction par

le gel • Liaison entre les

matériaux • Pénétration thermique • Pénétration du bruit • Pénétration de la vapeur

d’eau • Pénétration de la

lumière • Réflexion de la lumière • Changement d’aspect,

dimension • Pénétration du feu • Poids des éléments •

• Porosité du matériau • Perméabilité du

matériau • Porosité, circulation

d’eau, adhérence • Coefficient de

conductibilité • Conduction

acoustique • Perméance à la

vapeur d’eau • Coefficient de

transmission lumineuse • Coefficient de réflexion

du matériau • Coefficient dilatation

thermique • Coefficient

d’inflammabilité masse volumique

3.1.1.1.2 - Les caractéristiques mécaniques

Fixeront les limites du matériau quasi à sa résistance à la rupture par rapport à des sollicitations de : - compression - traction - flexion - cisaillement Son comportement de surface : usure, dureté.

3.1.1.1.3 Les déformations du matériau : rigidité, élasticité ductilité fragilité.

3.1.1.1.4 - Les caractéristique chimiques

Préciseront l'altérabilité du matériau face aux diverses agressions chimiques : acide ou basique. Remarque :

NATURELLE SYNTHETIQUE

VEGETAUX / BOIS

TRANSFORME

THERMOPLASTIQUEMINERAL:

TERRE ET ROCHES

ETAT NATUREL

NATUREL

MINERAISFer, zinc , plomb

THERMODURCISSABLE

ETAT ARTIFICIEL TRANSFORME

ROCHES ET TERRE OXYDES NON METALLIQUES

Le gypse,calcaire , argile

ROCHES COMBUSTIBLESPetrole,AsphalteBitume

ORIGINE

produits liquides , produits en lés

Industrrie cuisson , façonnage

Platre

Produits Verriers

Chaux -ciment

Terre Cuite

Industrrie cuisson , façonnage

Acier , fonte,

Tole feuillardprofilés à chaudProfilés à froid

Sciages séchage

Boyage compactage collage

Lamellé collécontreplaqué, nordex, Nailweb,connexté,

Bois massif e

Pierre de construction

sable

Compactage - Cuisson - Broyage

PoudreCarreauxplaquestaff

TuilehourdiscanalisationbriquetuileBardeauBoisseauCarrealage

IbétonMortieragglomérésenduitstuilespréfabriquécanalisationregardboisseaudalle

Vitrage simple siolant, sécurit, acoustique…pavés de verreMousse de verreFibre de verre

ELASTOMERE

PVCPOLYSTIRENEPOLYAMIDE

POLYESTERPOLYURETHANESILICONECAOUTCHOUCMOUSSE


Rappel : un matériau est constitué d'éléments solides, liquides et gazeux.

3.1.2 3.2 - Caractéristiques physiques :

Masse volumique symbole : ρ unité : Kg/m3 ou T/ m3

C'est la masse de 1 m3 de matériau. Elle précise la compacité du matériau. A priori, sans préjuger de l'organisation interne du matériau, plus un matériau est dense (ρ élevé) plus il sera résistant mécaniquement mais plus il sera conducteur.

Tableau des masses volumiques des principaux matériaux de construction Masse des produits utilisés dans la construction


Perméabilité - Porosité - Compacité : - Volume des vides :

Le volume des vides est le volume des espaces "sans matière" du matériau : V

- Volume des pleins : V p

C'est le volume des grains de matière composant le matériau. La proportion de vide par rapport au volume total du matériau caractérise la porosité. V Volume des vides Porosité = ---------- V t Volume total Ex : porosité 0,4 => 40 % Deux possibilités se présentent : Soit l'ensemble des vides est en communication, on parle de porosité ouverte. Le matériau a tendance à se laisser pénétrer par l'eau et par les gaz. Il est perméable. Soit les vides ne sont pas en communication. L'air emprisonné dans ces vides est stable, c'est un constituant du matériau. On parle de porosité fermée. Les matériaux à porosité fermé possèdent en général une bonne résistance à la conduction thermique (ex : mousse de verre cellulaire). A l'inverse, la compacité décrit la densité de grain par rapport au volume total. Vp : Volume des pleins Compacité= Vp / Vt De la notion de porosité d'un matériau découlera celle d'étanchéité (porosité nulle). De gélivité du matériau (lorsque les vides sont remplis d'eau). Comportement capillaire d'un matériau Tous les matériaux sont constitués de pores (réseau fini de vides), plus ou moins importants. A l'intérieur de ces pores, apparaît un phénomène de succion appelé tension capillaire. Cette succion s'exerce sur les liquides, un matériau à tendance à absorber l'eau. On parle de remontée capillaire dans le matériau. Expérience : Matériau trempant dans l'eau Soit e la section des pores, la hauteur de remontée s'exprime

H (mm)=15/e (mm)

H : hauteur de remontée capillaire E : diamètre des pores

Exemple : Pour des pores de 1 mm, la hauteur sera de 15 mm. Pour des pores de 0,01 mm, la hauteur devient 1,5 mm!!!

Nous sommes souvent confrontés au problème de remontées capillaires des éléments en contact avec le sol (toujours humide) tels que les fondations (nécessité de barrière anti capillaire). Coefficient de conductibilité thermique unité λ : W / m0C

Tout matériau possède la propriété de se laisser plus ou moins traverser par la chaleur (ou par le froid). Cette propriété s'appelle la conductibilité thermique λ (lambda).Elle désigne la quantité de chaleur traversant un matériau de 1 m d'épaisseur et de 1 m2 de surface pour 1° C de différence de température, λ s'exprime en W / m0C.


Est conducteur un matériau qui favorise le transfert de la chaleur.

**Tableau des conductibilités thermiques des principaux matériaux

Matériau Coeff lambda épaisseur Coefficient K résistance

Isolant polystyrène 0,04 100mm 0,42 2,38

Pierre 0,9

Béton 1,8 20 cm 9 0,11

Bois massif 0,15 40mm 3,75 0,27

Agglo apparent

Brique monomur

Bloc de béton cellulaire

0.11 à 0.2 20cm 0.6 à 0.8 1à1.5

Double vitrage 4/10/4

15

Plâtre 0,3

Granit 3

Gneiss 3

Basalte 1.6

Silex 2.6

Porphyres 3

Laves 1.1

ardoise 2.2

Calcaire très dur 2.9

Calcaire dur 2.4

Calcaire ferme 1.4

Calcaire demi ferme

1.4

Calcaire tendre 1

Calcaire très tendre

0.85

terre


Coefficient de dilatation thermique : C T Unité 10-6 m / m°C Le coefficient de dilatation thermique exprime pour un matériau de 1 m et une variation de température de 1°C, la variation dimensionnelle de ce matériau.

Ex 1 : Mur Matériau béton C T = 10 x 10-6 m / m0C Lorsque la température s'élève de 50 ° entre - 20 ° C l'hiver et + 40° C l'été, le mur connaît une augmentation de longueur liée à la dilatation thermique ∆L. ∆L = 30 x 60 x 10-5 m = 1800 x 10-5 m

(Longueur) (Température) = 1,8 cm Conclusion : Entre l'hiver et l'été, le mur connaît une variation de longueur de l'ordre de 2 cm. Ces variations sont de nature à créer des tensions importantes d'ou pourraient naître des fissures.

C'est pourquoi, il est recommandé de fractionner les ouvrages afin de limiter cet effet (joint de dilatation). Ex 2 : Dilatation différentielle de matériaux différents (incompatibilité) Le coefficient de dilatation du béton est de 10 x 10-6m / ° C m. Celui du PVC est de 70 x 10-6m / ° C m. Lorsque ces deux matériaux sont juxtaposés il apparaît une rupture ou fissure entre les deux puisque l'on se dilate 7 fois plus que l'autre. Tableau des coefficients de dilatation thermique

Type de roche Coefficient de dilatation m/m °C

Autre matériau Coefficient de dilatation (m/m)

Granit

0.00008 Béton de calcaire 0.00007

Gypse 0.00014 Béton de quartz concassé

0.00011

Schiste 0.00009 Béton de granulat silico calcaire

0.00009

Quartz 0.00011 Acier 0.00012

Calcaire 0.000055

Stabilité hydrique Dureté rayure Caractéristique optiques : transparence, réflexion, translucide Couleur Inflammabilité

3.1.2.1 3.3 - Caractéristiques mécaniques

• Résistance à la compression • Résistance à la traction Contrainte maximum que peut supporter le matériau avant la rupture s'exprime en Mpa (Force / surface). Ex 1 : Résistance à la compression de l'acier Rc = 240 Mpa (2400 Kg / cm2) Béton : Rc = 35 Mpa (350 Kg / cm2) Bois : Rc = 10 Mpa (180 Kg / cm2) Ex 2 : Résistance en traction de l'acier Rt = 240 Mpa Béton : Rt = 1,5 Mpa


Bois : Rt = 10 Mpa Remarque : On constate que l’acier a le même comportement en traction et en compression, on dit que ce matériau est homogène, et isotrope. Elasticité Plasticité

3.1.2.2 3.4 - Caractéristiques chimiques

Ensemble des propriétés de résistances aux attaques chimiques (oxydation,...). Ex : Oxydation du métal --> rouille Traitement par galvanisation pour le protéger. L'ensemble des caractéristiques chimiques concerne l’altérabilité des matériaux. Santé Electromagnetismes

3.1.2.3 3.5 – Santé-

3-6– Energie

Energie de production Énergie de transformation Process transport organisation du lieu de production et de mise en forme Énergie de mise en œuvre Énergie de recyclage

3-7 Caractéristique de formage

Soudable Collage Perçable Pliage Ductilité fragilité

Compatibilité fonctionnelle


Documents

E.A.L.R. Construction JP Laurent page732.free.fr/pdf_techno/1_materiau_generalite_2008.pdf2.1.1 Le recours au laboratoire : Méthodologie des études La connaissance des matériaux