Familles de matériaux et propriétés : cours de 5e

Regarde autour de toi : ta règle, ta chaise, la fenêtre, ton stylo. Chaque objet est fabriqué dans une ou plusieurs matières, et ces matières n'ont pas été prises au hasard. Le concepteur de l'objet s'est demandé : de quoi a-t-il besoin ? Qu'est-ce qui doit résister, laisser passer, isoler, être léger ?

En technologie, tu as déjà vu qu'un objet répond à un besoin et remplit des fonctions. Ce chapitre ajoute une question : dans quoi fabrique-t-on l'objet pour que ces fonctions soient bien remplies ? Le programme du cycle 4 demande d'étudier les propriétés et les caractéristiques des principaux matériaux ¹, de les classer selon une propriété ² et de choisir un matériau en fonction de ses propriétés ³.

Il existe un nombre énorme de matériaux : on en recense environ 80 000 qui servent à des constructions variées ⁵. Impossible de les apprendre un par un. On les range donc par familles, c'est-à-dire par groupes de matériaux qui se ressemblent.

Les documents techniques citent par exemple les métaux et les polymères (ce que tu appelles couramment les plastiques) ⁴. En classe, on ajoute souvent les matériaux organiques (bois, papier, carton) et les composites, qui associent plusieurs matériaux. On y trouve aussi les céramiques : certaines références rangent le béton et les briques parmi les céramiques poreuses ⁵. Le PMMA est un exemple de polymère technique ⁵.

Attention : le découpage en familles n'est pas unique. Selon les références, on compte plus ou moins de familles, et les classements se recoupent en partie ⁵. Retiens donc l'idée générale plutôt qu'un nombre à réciter.

Pourquoi un matériau est-il dur, souple, brillant ou isolant ? Trois éléments jouent un rôle : la nature chimique de la matière de départ, sa forme physique (la manière dont les constituants sont organisés) et son état de surface ⁵.

Une conséquence très concrète : un même matériau peut changer de comportement s'il est traité ou transformé autrement. C'est pour cela qu'on parle de propriétés du matériau tel qu'il est utilisé, et pas seulement du nom de la matière.

Pour t'y retrouver, range les propriétés en trois grandes catégories.

Une propriété ne se devine pas : elle se teste. Le programme demande de mettre en évidence expérimentalement quelques propriétés de matériaux à l'aide d'un protocole ². Il demande aussi de classer plusieurs matériaux de manière qualitative selon une propriété ².

Choisir un matériau n'est pas chercher « le meilleur » dans l'absolu. Il n'existe pas de matériau parfait pour tout. Il faut partir du besoin et des fonctions de l'objet, puis retenir les propriétés utiles. Le programme le résume ainsi : choisir un matériau en fonction de ses propriétés ³, en repérant les propriétés à retenir compte tenu du besoin ².

Les spécialistes suivent la même logique. La sélection d'un matériau part des propriétés et des coûts des candidats ⁴. Le prix au kilogramme ne suffit pas : on raisonne en coût pour la fonction à remplir, en combinant par exemple la masse volumique, la rigidité et le prix ⁴. Un concepteur a besoin de bien connaître les propriétés des matériaux et leur comportement dans les conditions de travail ⁴.

Un matériau ne s'utilise pas tel quel : on lui donne une forme. Le programme demande d'identifier les relations entre la forme, le matériau et le procédé de réalisation ². Il précise aussi qu'on s'appuie sur les procédés de mise en forme disponibles dans le laboratoire ¹.

Ces trois éléments sont liés. Une forme très découpée ou très fine n'est pas possible avec tous les matériaux. Un procédé qui convient à un matériau peut abîmer un autre. Et la forme choisie modifie la façon dont la pièce supporte les efforts : en résistance des matériaux, la géométrie intervient toujours ⁵.

Une fois le matériau choisi, il faut s'assurer qu'il est conforme. À la réception d'un produit, un industriel vérifie que le matériau respecte le cahier des charges : c'est le contrôle qualité, avec des essais mécaniques, un examen de structure ou des contrôles qui n'abîment pas la pièce ⁵. Les fonctions de service que l'objet doit rendre sont tirées de ce cahier des charges ⁵.

Le choix d'un matériau a aussi des suites : le programme place la décomposition des matériaux dans l'étude du cycle de vie de l'objet technique ³. Un matériau qui dure longtemps, qui se décompose, ou qu'on peut trier et traiter en fin de vie n'a pas le même effet sur l'environnement. Le tri se fait justement à partir des propriétés physiques ³.