Bonjour à toutes et à tous, bienvenue sur cette vidéo exceptionnelle, une vidéo qui traitera des familles de matériaux, des différents matériaux qu'on utilise. Qu'est-ce qu'on a à l'écran ? On a une photographie d'une installation, une installation qui a été réalisée pour la couverture d'un livre qui traite des matériaux. Ce livre s'appelle Stuff Matters, et durant cette installation, ils ont tourné une petite vidéo, on va la regarder.
Tout de suite ! Voilà, donc les matériaux, vous les connaissez depuis votre tendre enfance, vous en avez une expérience immédiate, mais souvent vous avez un vocabulaire qui est parfois insuffisant, parfois peu adéquat. Donc ce qu'on va faire aujourd'hui, enfin ce qu'on va faire dans cette vidéo, c'est qu'on va préciser un peu de vocabulaire, qu'on va préciser les différences entre ces matériaux, en français et en anglais, pour... pour bien fixer un certain vocabulaire et une première connaissance de ces matériaux.
Donc, comme il est montré dans la vidéo, everything is made of something, tout est fait de quelque chose. Ce everything ici, c'est les objets, les choses, le stuff. Et ces choses sont faites de something, de quelque chose. Et ce quelque chose, c'est les matériaux.
Et ces matériaux sont à leur tour... fait à partir de matières premières et ces matières premières sont constituées d'éléments chimiques, d'atomes et vous avez un peu... donc les matières premières et les éléments on va les appeler la matière, matter en anglais et les choses les matériaux voilà on va les appeler autrement.
Tous les matériaux vont être constitués d'éléments qui sont pris dans le tableau périodique La plupart de ces éléments là sur la gauche, à part l'hydrogène, sont des éléments métalliques. Et on a quelques éléments non métalliques, l'hydrogène en haut à gauche, et puis en haut à droite, le bord, le carbone, l'azote, tout ça, ce sont des éléments non métalliques. Et tous ces éléments vont constituer des matériaux différents. Alors on va pouvoir différencier trois grandes familles. La première famille, c'est la...
enfin la première, c'est un choix que je fais. C'est la famille des métaux, qui sont constitués, à part certaines exceptions, d'éléments métalliques. La famille des polymères, tout ce qui est plastique et elastomère, qui eux sont constitués exclusivement d'éléments non métalliques. Et puis la famille des céramiques, qui seront un mélange d'éléments métalliques, non métalliques, à part certaines exceptions.
Le fait d'avoir ces éléments métalliques ou non métalliques va donner des propriétés différentes à ces familles de matériaux. On a des différences sur la rigidité, en anglais stiffness. On a les métaux et les céramiques qui sont plutôt rigides et les plastiques, les élastomères qui vont être plutôt souples, flexibles. En terme de résistance mécanique, alors ça c'est encore une fois rigidité résistance, c'est un vocabulaire sur lequel on reviendra dans les vidéos ultérieures. En terme de résistance, on a les métaux et les céramiques qui sont résistants.
On a les plastiques et les élastomères qui vont être peu résistants. Et puis en terme de fragilité ou de ductilité, donc la ductilité on y reviendra, mais c'est la capacité à supporter une déformation plastique. Les métaux sont ductiles, les céramiques sont fragiles, elles cassent facilement et les plastiques peuvent présenter l'un ou l'autre de ces comportements. On va creuser chacune de ces familles en commençant par les métaux.
Et dans les métaux, on va pouvoir distinguer plusieurs familles. Là, je n'en ai mis que trois, mais ce sont les trois qui économiquement sont les plus importantes. Et la première de toutes en termes d'importance économique, c'est les alliages ferreux. c'est à dire basé sur l'élément le fer et on va les appeler les ferrous alloys en anglais. Donc vous voyez là que je parle d'alliage, c'est-à-dire qu'on va très peu utiliser les métaux purs vu leurs caractéristiques mécaniques pas très intéressantes.
On va souvent les allier, donc on va parler d'alliage. Donc les alliages ferreux basés sur le fer, les alliages d'aluminium basés sur l'aluminium et les alliages de cuivre basés sur le cuivre. C'est assez simple à comprendre, le fer, l'aluminium et le cuivre sont les éléments majoritaires dans chacun de ces alliages. On va creuser un petit peu la famille des alliages ferreux, très importante, et on va distinguer deux types d'alliages de fer, les aciers et les fontes. Ces deux alliages sont des alliages de fer et de carbone, et selon le pourcentage de carbone...
dans l'alliage, on va distinguer les aciers et les fontes. Les aciers étant des alliages ferreux avec moins de 2% de carbone et généralement moins de 1% de carbone. Et les fontes sont des alliages ferreux avec au moins 2% de carbone dans l'alliage.
Ça va donner une petite différence sur la mise en forme puisque les aciers seront généralement mis en forme à l'état solide et que les fontes...... et le nom est assez évocateur, seront mises plutôt en forme à l'état liquide, c'est-à-dire qu'on va le fondre et on va le verser dans un moule. Donc cast iron pour les fontes en anglais, cast c'est projeter, jeter.
On va laisser tranquille la famille des fontes, mais on va encore distinguer quelques aciers, car là-dedans les aciers sont extrêmement importants pour notre économie. On rappelle que les aciers sont un mélange de fer et de carbone, avec moins de 2% de carbone, mais que dans cette famille, il y a encore des différences, et que par exemple, on a les aciers au carbone, les carbon steels, que j'ai illustrés ici avec une lame carbone, vous voyez, qui est un peu oxydée. Donc là, dans ces aciers, il n'y a que du fer et du carbone, avec des petites traces d'éléments qu'on n'a pas réussi à éliminer. Il y a les low alloy steels, les aciers faiblement alliés, ceux-là sont des aciers avec du fer en majorité, un peu de carbone, et on va rajouter des éléments d'alliage en petite quantité, c'est-à-dire quand je dis petite quantité, c'est inférieur à 5%, on va rajouter du nickel ou du chrome ou du molybdène ou du vanadium, parfois plusieurs de ces éléments, pour rendre ces alliages plus durs lorsqu'ils seront soumis. à des traitements thermiques, c'est-à-dire des trempes.
Et ces aciers vont devenir bien plus résistants une fois qu'ils seront trempés grâce à ces éléments d'alliage nickel, chrome, molybdène, vanadium. Et puis une dernière famille dans les aciers, mais il y en a encore d'autres, il y a plusieurs façons de calcer les aciers, vous verrez ça dans le cours sur les aciers. C'est les aciers inoxydables, les stainless steel, où là on va rajouter au fer et au carbone, on va rajouter au moins du chrome. en grande quantité, au moins 10%, et parfois du nickel, là aussi dans des quantités qui sont importantes. Ça pour éviter l'oxydation que vous avez à gauche, sur l'acier au carbone, le côté un peu terne, un peu noirci de l'acier.
Sur les alliages d'aluminium, ici on va distinguer deux types d'alliages, les alliages pour corroyage, Coroyage, c'est toutes les opérations de mise en forme à l'état solide, à froid ou à chaud. Et les cast alloys, on a déjà vu le terme pour les cast irons, ce sont des alliages pour fonderie. Donc là, pareil, la distinction entre acier et fonte. Ici, on l'a sur les alliages d'aluminium pour coroyage et les alliages d'aluminium qui seront fondus et versés dans des moules à l'état liquide.
Les éléments d'alliage. De ces alliages d'aluminium, on va souvent retrouver le silicium, le cuivre, magnésium, manganèse et zinc. On va passer aux alliages de cuivre, donc du cuivre soit pur, souvent pour sa conductivité électrique, voire thermique, donc du cuivre quasiment pur, ou du bronze qui est un alliage de cuivre et d'étain. Tin, en anglais.
SN, le symbole de laiton, c'est stanum. C'est du latin. Et le laiton, brass, en anglais, du nom de... les brass bands, les groupes de musique avec beaucoup d'instruments de la famille des cuivres, qui eux, les laitons, sont d'un alliage de cuivre et de zinc.
On va passer à la famille des polymères. Et dans les polymères, on va distinguer tout de suite deux types de polymères, les plastiques et les élastomères. Et vous voyez que ces deux familles n'ont pas beaucoup de différence en termes de composition élémentaire.
on va retrouver des éléments non métalliques, comme j'ai déjà dit, du carbone et de l'hydrogène absolument nécessaires, de l'oxygène et de l'azote parfois, et plus rarement du chlore et du fluor, dans la composition de ces matériaux. Dans la famille des plastiques, on va distinguer deux choses, les thermoplastiques et les thermodurcissables, thermocètes en anglais. La petite différence entre ces deux familles, ça va être que les thermoplastiques, on va pouvoir les refondre une fois qu'ils ont été formés. Et les thermodurcissables, nous n'allons pas pouvoir les refondre.
On expliquera pourquoi dans le cours des polymères. On a cette même distinction sur les élastomères, où on va distinguer les élastomères thermodurcissables qui sont les caoutchoucs. C'est-à-dire les caoutchoucs sont des... là vous voyez l'exemple du pneu, c'est quelque chose qu'on...
peut pas refondre une fois qu'il a été cuit et il existe des élastomères thermoplastiques qui eux vont pouvoir être fondus comme par exemple le petit morceau de d'élastomères qu'on a en sur moulage sur les brosses à dents voilà pour la famille des polymères on va passer aux céramiques voilà on va faire une distinction déjà sur trois sous famille les céramiques traditionnelles illustré ici par les par la poterie qui sera basé sur plusieurs types de matières premières, l'argile, le sable, le calcaire, on va détailler cette famille juste après. On aura les verres, qui eux sont vraiment basés sur la silice, c'est-à-dire l'oxyde de silicium, le sable, et puis les céramiques techniques qui sont un peu plus diverses. Ici on va détailler tout de suite les céramiques traditionnelles, qu'on va pouvoir classer en trois familles, les terres cuites, qui elles sont vraiment basées là pour le coup sur la matière première majoritaire qui est l'argile, même si on va pouvoir ajouter d'autres choses. On va mettre l'un dans les ciments, qui eux sont un mélange de calcaire, d'argile et de sable. Et puis en troisième famille, les pierres naturelles, qui sont encore aujourd'hui beaucoup utilisées en construction et en génie civil.
On ne va pas détailler la famille des verts. et les familles des céramiques techniques tout de suite, on verra ça plus tard. Et on va passer finalement au matériau qui n'entre pas dans ces trois familles. On va parfois mettre tout ça dans une dernière famille, c'est-à-dire les hybrides ou les composites. On va pouvoir mettre là-dedans, donc c'est une famille un peu poubelle, mais on va pouvoir mettre là-dedans les fibres, illustrées ici avec des fibres de cellulose, qui est un polymère, mais sous forme fibreuse.
fort utilisée depuis la préhistoire. Les fibres, ça peut être des fibres céramiques, ça peut être des fibres métalliques, ça peut être des fibres polymères synthétiques. Les composites, qui vont être des alliages de plusieurs types de matériaux dans un seul. Et là, j'ai illustré avec des fibres de carbone alliées à du plastique, ce qu'on appelle les composites, ou de manière moins propre, le carbone.
Les mousses qui sont un mélange entre un matériau et de l'air. Il existe des mousses de plein de choses, des mousses de polymères comme on voit ici avec des mousses de polyuréthane. Mais il existe des mousses de céramique et des mousses métalliques. Et puis on va mettre là-dedans aussi des matériaux naturels qui sont par essence très complexes au niveau de leur structure, que ce soit une structure microscopique ou nanoscopique.
On va mettre ça là-dedans, puisque même si le bois est plutôt de nature polymère, sa construction est bien plus complexe que ça. On va mettre ça dans une espèce de matériau composite. Voilà un petit peu pour les familles de matériaux.