FICHES de SYNTHÈSE sur les MATÉRIAUX · FICHES de SYNTHÈSE sur les MATÉRIAUX Sommaire LES MÉTAUX Le cuivre Le fer ... Principaux secteurs d’utilisationde l’acieret de la

FICHES de SYNTHÈSE sur les MATÉRIAUX

Sommaire

LES MÉTAUX

Le cuivre

Le fer

L’aluminium

LES MATÉRIAUX PLASTIQUES (non renouvelables)

Introduction sur le plastique

Le PVC (Polychlorure de vinyle)

LES MATÉRIAUX RENOUVELABLES

Introduction sur le bioplastique

Le PLA (Poly Acide Lactique)

Le bois

TABLEAU COMPARATIF DE CES MATÉRIAUX

Les métaux

Le cuivre - Introduction

Le cuivre est un métal naturellement présent dans la croûte terrestre (55g/tonne).

C’est le plus ancien métal utilisé par l’homme : les premières pièces de monnaie en

cuivre datent de 8 700 ans avant JC.

II n'existe plus dans la nature à l'état natif, comme dans l'antiquité. II se présente

sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, eux-mêmes mélangés aux stériles

et quelquefois à d'autres métaux, dont certains peuvent être plus rares que le cuivre,

comme l'or et l'argent. Un minerai est considéré comme riche à partir de 1,8 % de

cuivre pur. Selon la forme des gisements et leur profondeur, il existe 2 types

d'exploitation :

- Les mines à ciel ouvert.

- Les mines souterraines.

Les principaux pays producteurs sont le Chili, avec 4 des 5 plus importantes mines

du cuivre du monde, les États-Unis, le Pérou, l'Australie, la Russie, l'Indonésie, le

Canada, la Zambie et la Pologne.

Les métaux

Le cuivre - Propriétés physiques / Utilisations

Fiche technique

Sur l’échelle galvanique des métaux, le cuivre se situe parmi les

métaux les plus nobles, juste derrière le platine, l’or et l’argent.

C’est le meilleur conducteur électrique après l’or et l’argent. C’est

également un très bon conducteur thermique.

Très bonne résistance à la corrosion

Symbole : Cu

Densité : 8930 kg/m3

Point de fusion : 1083 C

Principales utilisations

Electricité (fils, câbles) 65%

Plomberie 25%

Transports 7%

Divers (monnaie, design, sculpture,…) 3%

Les métaux

Le cuivre - Développement durable

Réserves

Réserves mondiales (2008) : 550 Millions de tonnes

Production annuelle mondiale : 15,4 Millions de tonnes

Stress : 35 ans

Impacts

Energie grise : 140 000 kWh / m3

Eau : -

Recyclage

Recyclabilité : 100 % (sans altération des performances)

Taux de recyclage mondial en 2006 : 37 %

Gain en énergie : 85 %

Gain en eau : - Gains par rapport au cuivre issu du minerai

Gain en CO2 : 65 %

Les métaux

Le Fer - Introduction

Le fer est le 6ème élément le plus abondant dans l'Univers. Il est présent à

hauteur de 5% en masse dans la croute terrestre.

La majeure partie du fer dans la croûte terrestre est combinée avec de

l'oxygène, formant des minerais d'oxyde de fer, tels que l'hématite (Fe2O3),

la magnétite (Fe3O4) et la limonite (Fe2O3.nH2O).

L'oxyde magnétique ou magnétite est connu depuis l'Antiquité grecque, il y

a plus de 3000 ans.

Le fer n'est pratiquement pas utilisé à l'état pur, mais plutôt sous

forme de fonte ou d'acier qui sont les principaux alliages du fer:

• la fonte contient de 2,1 % à 6,67 % de carbone

• l'acier contient de 0,025 % à 2,1 % de carbone

Les principaux pays producteurs de minerai de fer sont l’Australie, le Brésil,

la Chine, les Etats Unis, le CEI (Communauté des États Indépendants).

Les métaux

Le Fer - Propriétés physiques / Utilisations

Fiche technique

La fonte se moule très bien, mais est relativement cassante.

L’acier résiste très biens aux efforts, aux chocs, et possède une dureté

importante.

Symbole : Fe


Point de fusion : 1 538 C

Principaux secteurs d’utilisation de l’acier et de la fonte

La construction (ponts, armatures du béton, squelettes de bâtiments)

L’automobile (55 à 70% du poids des véhicules)

Industrie alimentaire (emballages, boites de conserve)

Les métaux

Le Fer - Développement durable

Réserves

Réserves mondiales (2008) : 150 Milliards de tonnes

Production annuelle mondiale : 1,9 Milliards de tonnes

Stress : 79 ans

Impacts

Energie grise : 60 000 kWh / m3 (tuyau d’acier)

Eau : 25 litres / kg (acier)

Recyclage


Taux de recyclage européen de l’acier : 62 %


Gain en eau : 40 % Gains par rapport au fer issu du minerai

Gain en CO2 : 58 %

Pour information:1 tonne d’acier recyclé permetd’économiser : 1,5 tonne de minerai defer, 0,5 tonne de coke, 9 mois deconsommation en énergie d’un habitant,6 mois de la consommation en eau d’unhabitant, 70 % de l’énergie nécessaire àla production d’une tonne d’acier neuf, etpermet d’éviter l’émission de gaz d’unevoiture roulant sur 8 500 km.

Les métaux

L’aluminium - Introduction

L’aluminium est omniprésent dans la nature où il constitue 8% de l'écorce

terrestre. Mais il a fallu attendre le XIXème siècle pour que l'aluminium soit

enfin isolé et identifié.

Cette découverte si tardive s'explique par le fait que l'aluminium n'existe

pas à l'état natif. Il n'est pas facile à isoler, son affinité pour l'oxygène

l'amène, en effet, à se lier à ce dernier dans des combinaisons chimiques

difficiles à décomposer : argiles, schistes et mica… qui rendent en effet

indécelable sa nature métallique.

Il est principalement extrait de la bauxite, minerai où il est présent sous

forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. La production d’une tonne

d’aluminium nécessite de quatre à cinq tonnes de bauxite.

Les principaux pays producteurs de bauxite sont l’Australie, la Guinée, le

Brésil, la Jamaïque, la CEI et la chine.

Les métaux

L’aluminium - Propriétés physiques / Utilisations

Fiche technique

En tonnage et en valeur, l’aluminium est le métal le plus utilisé après

le fer, grâce à sa légèreté et sa bonne conductivité électrique et

thermique. L’aluminium pur est mou et fragile, mais avec des petites

quantités de cuivre, magnésium, manganèse, silicium et d’autres

éléments, il peut former des alliages aux propriétés variées.

Très bonne résistance à la corrosion

Symbole : Al

Densité : 2698,9 kg / m3

Point de fusion : 660,3 C


Transports 25%

Emballages 21%

La construction 21%

Les biens de consommation 24%

Les fils électriques 9%

Les métaux

L’aluminium - Développement durable

Réserves

Réserves mondiales (2008) : 27 Milliards de tonnes

Production annuelle mondiale : 205 Millions de tonnes

Stress : 131 ans

Impacts

Energie grise : non recyclé: 190 000 kWh / m3

recyclé: 17 992 kWh / m3

Eau : 125 000 litres / kg

Recyclage


Taux de recyclage mondial : 35 %


Gain en eau : 1,07 m3/t Gains par rapport à l’aluminium issu du minerai

Gain en CO2 : 92 %

Pour information:le recyclage de 1 kgd'aluminium peutéconomiser environ 5kg de bauxite, 4 kg deproduits chimiques et14 kWh d'électricité

Les matériaux plastiques (non renouvelables)

Le Plastique - Introduction

Un matériau est "plastique" si après avoir été modelé ou déformé par une

action externe (chauffage, pression, …) il est capable de conserver la

forme souhaitée.

Le plastique est un matériau incontournable

de nos jours. Sa production a augmenté de

façon fulgurante depuis 1950.

Production de plastique dans le monde en 2007

(en millions de tonnes)

Les matériaux plastiques(non renouvelables)Le Plastique - Introduction

Son succès phénoménal est dû au fait qu’il peut allier légèreté,

malléabilité, imperméabilité, esthétique (coloration), résistance, rigidité,

modularité à l'envi, techniques de production adaptées à chaque produit et,

bien sûr, excellent rapport propriétés/coûts.

Du maillot de bain

aux pare-chocs

automobiles en

passant par

l'emballage,

l'agriculture,

l'électroménager, la

construction, les

objets de loisirs, le

plastique est

partout.

Les matériaux plastiques(non renouvelables)Le Plastique - Introduction

Le plastique existe dans la nature et a toujours été utilisé par l’homme. L’ambre,

la résine des arbres, la laine, l’écaille, les cheveux sont des matériaux plastiques.

Les polymères sont les constituants essentiels des matières plastiques. Ce sont

des molécules géantes formées de longues chaînes de molécules plus petites

accrochées les unes aux autres.

La cellulose est le plus commun des polymères naturels. Elle se trouve dans les

arbres, l’herbe, le lin, le chanvre, le coton. C’est à partir de cette substance que les

chimistes ont commencé tout naturellement à travailler pour faire leurs premières

expériences et inventer les plastiques artificiels puis les plastiques synthétiques.

Les matières plastiques sont donc des matériaux organiques artificiels (cellulosedu coton, de la pulpe d'arbre, ou amidon du maïs, du manioc, du blé, de la pomme deterre), ou de synthèse (issus du pétrole, gaz).

Les matériaux plastiques(non renouvelables)


A l’heure actuelle et pour des raisons économiques, les plastiques de

synthèse sont les plus répandus (98 à 99% des plastiques).

La matière première généralement utilisée pour réaliser ces plastiques de

synthèse est le pétrole (4% du pétrole extrait).

Composition d’un plastique :

Plastique = polymère brut (résine de base) + charges + plastifiant + additifs

- La résine de base apporte de la cohésion au matériau

- Les charges diminuent le coût de la pièce, améliorent certaines propriétés

mécaniques ou des propriétés spécifiques (conductivité électrique avec des

paillettes de métal, propriétés mécaniques avec des fibres de verre…)

- Le plastifiant rend le composé obtenu plus flexible, plus résilient, diminue les

températures de transition vitreuse et de mise en œuvre.

- Les additifs améliorent les propriétés chimiques et physiques, notamment la

résistance aux chocs, la couleur, la plasticité, la résistance au vieillissement, …



Les plastiques de synthèse (synthétiques) se répartissent en deux grandes

catégories :

Les thermoplastiques

Se sont des plastiques malléables qui peuvent être chauffés, refroidis pour

donner une forme, puis chauffés à nouveau pour obtenir une autre forme. Ils

sont donc recyclables.

Les thermodurcissables

Se sont des plastiques qui se figent, se rigidifient dès la première

transformation, leur forme ne peut pas être modifiée. Ils ne sont donc pas

recyclables.

En proportions, la production de thermoplastiques et environ 4 fois plus importante

que celle des thermodurcissables.



La fin de vie du plastique: Le recyclage et la valorisation énergétique des

déchets plastiques post-consommation varient considérablement d’un pays à

l’autre.

Une récente étude

montre que 7% de

l’objectif de l’UE en

termes d’émissions de

gaz à effet de serre

(protocole de Kyoto)

seraient acquis si tous

les déchets plastiques

actuellement mis en

décharge étaient

aiguillés vers une

combinaison de

recyclage et de

valorisation

énergétique.


Découvert par le Français Regnault en 1835 et produit de façon

industrielle dès 1931, le PVC (Polychlorure de Vinyle) est un polymère

thermoplastique (donc recyclable) de synthèse.

Il est le 3ème plastique le plus utilisé dans le monde (16,5% de

l'ensemble des plastiques) après les polyéthylènes (32 %) et les

polypropylènes (20 %).

Le PVC est constitué de 43 % d’éthylène (résidu du raffinage pour

transformer le pétrole en carburant), et de 57 % de chlore issu du sel.

Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Introduction


Fiche technique

La combustion du PVC pur apporte 5,6 kWh par kg

PVC sous forme de déchets apporte 3,3 kWh par kg

Imperméable (étanche aux gaz et aux liquides), auto-extinguible

Résistant aux UV (si traité), à la plupart des agents agressifs (lessives,

acides, sels, eau de mer, essence, huile, ciment, …), imputrescible

Bon isolant électrique, thermique et phonique

Léger, facile à mettre en œuvre, soudable, collable, peu onéreux


Température max d’utilisation: 55 à 70 C (transition vitreuse Tv: 81 C)

Température de fusion (décomposition): 180 C


Il est omniprésent: tubes, gaines électriques, gouttières, vêtements, jouets,

fenêtres, volets, meubles de jardin, lambris, bardages, films agricoles…

Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Propriétés physiques / Utilisations


Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Développement durable

Production

Production annuelle mondiale : 37 Millions de tonnes (2008)

Impacts

Energie grise : PVC: 27 000 kWh / m3

Eau : 550 litres / kg

Recyclage

Recyclabilité : 100 % (altération progressive des propriétés mécaniques)

(Pour les profilés de fenêtres PVC, recyclage possible 10 à 15 fois)

Taux de recyclage européen du PVC : 2 à 3% en 2009 (190 324 tonnes)

Gain en énergie : ≈ 54 % (10,6 kWh / kg)

Gain en eau : - Gains par rapport au PVC

Gain en CO2 : ≈ 55% (1,8 kg de CO2 / kg) vierge

Les matériaux renouvelables

Le plastique artificiel (bioplastique) - Introduction

Les plastiques artificiels issus de végétaux (bioplastiques) sont d’ores et

déjà utilisés pour fabriquer un large éventail de produits : emballages, sacs

poubelles, rasoirs gobelets et assiettes jetables, couches-culottes,

moquettes, coques pour téléphone ou ordinateur…

Ce bioplastique ne représentait en 2007 que 0,3% du marché mondial mais

devrait connaître une forte croissance, en raison de l'augmentation des prix

du pétrole et des obligations de recyclage et de respect de l'environnement.

Ces polymères d’origine végétale pourraient représenter de 5 à 10% des

emballages et films d’ici 2015.

Ils sont recyclables, renouvelables, réutilisables, biodégradables et

compostables (à 60 C et 100% d’humidité). Ils se résorbent en trois à huit

semaines au lieu de 1 à 4 siècles pour les plastiques de synthèse.

Les matériaux renouvelablesLe plastique artificiel (bioplastique) - Introduction

Croissance du marché des

polymères bioplastiques

Les différents bioplastiques:

Le plastique artificiel (bioplastique) -Introduction

Les matériaux renouvelables Le plastique artificiel (bioplastique) -Introduction

Leurs compositions,

applications, avantages

et inconvénients :Le PLA (acide polylactique) - IntroductionLe PLA est un thermoplastique

biodégradable, provenant de

ressources renouvelables. Bien

que connu depuis plus d'un

siècle, il a eu un intérêt

commercial seulement au cours

des dernières années, à la

lumière de sa biodégradabilité.

Il est généralement obtenu à

partir de la canne à sucre, de

racines, ou d'amidon de maïs, ce

qui en fait la première alternative

naturelle au polyéthylène.


Le PLA (Poly Acide Lactique) - Propriétés physiques / Utilisations

Fiche technique

Léger, facile à mettre en œuvre

Transparence proche du cristal

Le plus économique des bioplastiques

Antistatique, anti-condensation, toucher naturel


Température de transition vitreuse (Tv): 58 C

Température de fusion : 152 C


Le PLA est utilisé dans l'alimentation pour l'emballage, pour les sacs et cabas

en plastiques distribués dans les commerces, les gobelets jetables. Il est utilisé

également en chirurgie pour les sutures biodégradables.


Le PLA (Poly Acide Lactique) - Développement durable

ProductionProduction annuelle mondiale : ≈ 340 000 tonnes en 2010

(572 000 tonnes tous bioplastiques confondus)

ImpactsL’utilisation de bioplastiques, plutôt que des plastiques issus des hydrocarbures, permet

une réduction des rejets de gaz à effet de serre (CO2) lors de la production. En effet, les

plantes ayant servi à la fabrication du bioplastique ont absorbé du CO2 pendant leur

croissance. Après leur utilisation, les bioplastiques vont restituer le carbone qu'ils contiennent

sous forme de CO2. Le bilan carbone est neutre en théorie mais il faut prendre en compte les

facteurs émetteurs de CO2 tel que les engrais ou l'énergie nécessaire à la transformation du

matériau.

L’utilisation des bioplastiques d’origine végétale en substitution aux polymères d’origine

pétrolière permet d’éviter l’émission de 30 à 75% de CO2

RecyclageLe PLA se dégrade à 100% en 45 à 90 jours par compostage à 60 C et 100% d’humidité.

Recyclabilité : 100% (Grâce à la dépolymérisation thermique , un acide lactique hautement purifié est extrait

et peut être considéré comme matière première pour la fabrication de PLA vierge sans perte de propriétés originales)

Les matériaux renouvelablesLe Bois - Introduction

Le bois est un matériau apprécié pour ses propriétés mécaniques, pour son

pouvoir calorifique, il est une matière première pour l'industrie chimique

(principalement tiré du tronc des arbres ou des bambous). Il a de nombreux

usages dans le bâtiment et l'industrie, papetière notamment, et en tant que

combustible.

Consommation du bois dans le monde (exprimée en m³ par habitant et par an)

Japon : 1 Finlande : 1 Danemark : 0,88 Canada : 0,66

Norvège : 0,60 États-Unis : 0,44 Suède : 0,43 Irlande : 0,40

Pays-Bas : 0,26 Allemagne : 0,21 France : 0,183 Royaume-Uni : 0,16

Principaux pays ayant des

ressources en bois en %:

Les matériaux renouvelablesLe Bois – Propriétés physiques / Utilisations

Fiche technique

La combustion du bois apporte 3,5 Wh par kg

(1 stère de bois équivaut à 0,147 tonne équivalent-pétrole = 1480 kWh)

Léger, résistant (traction, compression), isolant thermique (12 fois plus que le béton)

Densités : Chêne 710 kg/m3 ; Frêne 720 kg/m3 ; Hêtre 680 kg/m3

Châtaignier 620 kg/m3 ; Peuplier 460 kg/m3

Pin Sylvestre 530 kg/m3 ; Sapin 450 kg/m3 ; Épicéa 510 kg/m3

Douglas 540 kg/m3 ; Mélèze 600 kg/m3


Le bois est utilisé pour de multiples applications:

Bois énergie: 1ère utilisation du bois au niveau mondial, comme combustible de chauffage

Bois d’œuvre: charpentes, traverse de chemin de fer, coffrages à béton, échafaudages,

palettes, emballages, parquets, menuiserie…

Bois d'industrie (exploités en rondins): poteaux télégraphiques, pâte à papier

Les matériaux renouvelablesLe Bois – Développement durable

Réserves

Production de la forêt en France (13 principales essences de bois) est

environ de 75 à 100 millions de m³ par an

Consommation de bois en France: 55 millions de m³ / an

Impacts

Énergie grise : Bois de feuillu découpé, séché à l'air : 108 kWh / m³

Bois de feuillu découpé, séché au four : 431 kWh / m³

Bois de conifère découpé, séché à l'air : 43 kWh / m³

Bois de conifère découpé, séché au four : 244 kWh / m³

Bois d’œuvre : 180 kWh / m³

Bois lamellé collé et aggloméré : 2200 kWh / m³

Panneau fibre de bois (tendre) : 1400 kWh / m³

Eau : -

Pour information:1 m³ de bois stocke et fixe 1 tonne deCO2. Par comparaison, la productiond’1m³ d'acier génère 5 tonnes de CO2.1 ha de forêt de chênes absorbe par an22 tonnes de CO2 et rejette 16 tonnesd'oxygène.


Le bois est une ressource renouvelable (tant qu’il n’est pas surexploité) ,

son utilisation permet d’économiser d’autres énergies qui elles ne le sont

pas. Il est donc un matériau fondamental pour le développement durable

pour diverses raisons:

Les bois durs se régénèreront en 100 ans environ en zone tempérée

et en 200 à 700 ans en zone tropicale. Un litre de pétrole brut utilisé

mettra plusieurs millions d'années à se reconstituer.

Le bois est un puit de carbone, il absorbe une partie du dioxyde de

carbone (principal gaz à effet de serre) excédentaire dans notre

atmosphère. Un tonne de bois stocke en moyenne une tonne de

CO2, l’utilisation de bois d'œuvre permet donc de stocker du CO2, à

condition de gérer convenablement les forêts.


Le bois consomme peu d'énergie fossile pour sa production,

comparativement par exemple au ciment, ou à l'acier qui demandent

une extraction minière, beaucoup d'énergies fossiles et génèrent

une pollution significative.

Le bois, source d'énergie, ne contribue pas au développement de

l'effet de serre. Sa combustion, faite dans de bonnes conditions,

produit autant de dioxyde de carbone que la quantité prise par les

arbres au cours de leur croissance.


Les labels de certifications du bois

Le label FSC (Forest Stewardship Council):Le FSC (Conseil international de gestion forestière), créé en 1993, est une organisation

non gouvernementale indépendante qui œuvre pour favoriser la gestion durable des forêts au

niveau mondial.

Cela implique la protection de l’environnement, des retombées sociales bénéfiques, et d’être

économiquement rentable.

Le label FSC signale au public un produit correspondant à un cahier des charges clair,

transparent et vérifié par des certificateurs indépendants, avec la caution d’une des plus

grandes ONG environnementales (le WWF et Greenpeace).

Le label PEFC (Programme for the Endorsement of Forest Certification):La création de ce Programme Européen des Forêts Certifiées remonte à 1998. Le label

PEFC garantit que le matériau bois est issu de forêts qui sont gérées durablement en fonction

de règles définies précisément région par région.

De l'avis majoritaire, le label FSC permet d'identifier de manière plus sûre, que

le label PEFC, une exploitation forestière réellement gérée de manière durable.

COMPARATIF de ces MATÉRIAUX

Tableau comparatif

Cuivre Fer Aluminium PVC PLA Bois

Densité(kg/m3)

8930 7320 2698,9 1380 1250710

(chêne)

Réserves mondiales (Millions de tonnes)

550 (2008)

150 000(2008)

27 000 (2008)

- - -

Stress(années) 35 79 131 Illimité

Illimité(si exploitation

raisonnée)

Énergie grise(kWh/m3)

140 000 60 000 190 000 14 700 - 108(feuillu séché à l’air)

Taux de recyclage 37 % (2006)

62 %(Acier en Europe)

35 % (2006)

2 à 3%(2009)

- -

Économiesdu recyclage

CO2:Énergie:

65 %85 %

58 %74 %

92 %95 %

≈ 55 %≈ 54 %

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