Les familles de matériaux : cours de 6e en technologie

Regarde autour de toi : ton stylo, ta chaise, la fenêtre, ton sac, ta règle. Tous ces objets ont été fabriqués à partir de quelque chose. Cette « chose », c'est le matériau. Les objets techniques que tu rencontres en cours de technologie sont fabriqués à partir de matériaux ².

Dans le chapitre précédent, tu as étudié les objets techniques et leurs fonctions. Ici, tu fais un pas de plus : tu t'intéresses à la matière qui les compose. Pourquoi un objet est-il en plastique plutôt qu'en bois ? Pourquoi une pièce est-elle en métal ? Pourquoi ce choix change-t-il le prix, l'aspect, ou l'effet sur la planète ?

À la fin de ce cours, tu sauras :

• dire ce qu'est un matériau ;
• expliquer pourquoi on range les matériaux en familles ;
• reconnaître quelques familles et des exemples ;
• expliquer sur quels critères on choisit un matériau pour un objet ;
• relier le choix d'un matériau à la fonction d'usage et à la fonction d'estime.

Le mot important est « choisie ». Une matière quelconque, comme un caillou ramassé par terre, devient un matériau quand quelqu'un la sélectionne pour fabriquer quelque chose. Le matériau est donc toujours lié à un usage.

Ces propriétés dépendent de ce dont est faite la matière : sa nature chimique, sa forme physique, l'état de sa surface ⁵. Deux matières proches en apparence peuvent donc se comporter très différemment.

Il existe énormément de matériaux : on en recense environ 80 000 utilisés dans des constructions variées ⁵. Impossible de les apprendre un par un. C'est pour cela qu'on les regroupe.

Quand on a des milliers d'éléments, on les range, comme tu ranges tes affaires par catégories. Les matériaux sont regroupés en familles pour mieux s'y repérer ⁵. Le classement se fait en fonction de critères qui relient les matériaux entre eux ³.

Les références ne s'accordent pas toujours sur le nombre exact de familles : certaines en distinguent plus, d'autres moins ⁵. Retiens donc l'idée, plus que le nombre : une famille rassemble des matériaux qui se ressemblent par leur nature et leurs propriétés.

Voici des familles que tu rencontres dans les ressources de technologie, avec des exemples tirés des documents de référence.

• Les métaux : ils forment une famille à part entière quand on compare les matériaux ⁶. Exemples courants : l'acier, l'aluminium, le cuivre.
• Les polymères : on y trouve par exemple le PMMA, rangé parmi les polymères techniques ⁵.
• Les céramiques : le béton et les briques sont donnés comme exemples de céramiques poreuses ⁵. Le verre et la porcelaine en sont des exemples familiers.
• Les composites : on cite les polymères renforcés de fibres de carbone, qui sont des composites d'ingénierie ⁶. Un composite associe donc plusieurs matières pour profiter de leurs qualités.

Un matériau est choisi à cause de ses propriétés. Une propriété décrit comment il se comporte. Les matériaux possèdent des caractéristiques propres, et c'est cela qui permet de les distinguer ⁴.

Prenons un exemple. Une couverture thermique doit empêcher la chaleur de passer. Il lui faut donc une faible conductivité thermique pour limiter le transfert de chaleur entre deux endroits de températures différentes ⁶. Si tu fabriquais cette couverture avec un matériau qui laisse passer la chaleur facilement, l'objet ne remplirait pas son rôle.

Le lien est direct : la propriété recherchée dépend de ce que l'objet doit faire. Un concepteur doit donc bien connaître les propriétés des matériaux et leur comportement dans les conditions où l'objet sera utilisé ⁶.

Quand on conçoit un objet, il faut décider dans quelle matière le fabriquer : cette décision fait partie de la conception ⁶. On la prend d'après des critères qui lient le matériau à l'objet ². Les ressources de technologie en listent plusieurs : la forme de l'objet, l'énergie qu'il consomme, ses effets sur l'environnement, son prix et son aspect agréable ².

Un concepteur cherche souvent à dépenser le moins possible tout en obtenant les performances attendues du produit ⁶. Pourtant, le prix d'un kilo de matière ne suffit pas. On compare aussi le coût par unité de fonction : combien coûte le matériau par rapport au service qu'il rend ⁶.

Une fois le matériau choisi, il faut le transformer. On doit alors tenir compte du procédé de fabrication, qui varie beaucoup : mouler, extruder, souffler, usiner, découper, forger, couler, emboutir… ⁵. Le matériau, la forme et la manière de fabriquer sont donc liés.

Un objet technique possède une fonction d'usage : elle répond à un besoin concret ⁴. Par exemple, la montre répond au besoin de se repérer dans le temps ³. Le stylo permet de prendre des notes ³.

Mais l'objet peut aussi plaire pour une autre raison. On parle alors de fonction d'estime. Un utilisateur peut choisir entre plusieurs montres une en particulier parce qu'elle a un bracelet en cuir et que sa forme lui plaît ⁴. Le matériau joue ici un rôle : il influence l'aspect et le plaisir de posséder l'objet.

La fonction d'estime peut aussi concerner l'impact écologique du matériau utilisé ³. Une personne peut préférer un objet dont le matériau a peu d'effet sur l'environnement.

Le matériau a aussi une vie après l'objet. Le programme parle du cycle de vie de l'objet technique et de la décomposition des matériaux ¹. Quand on choisit un matériau, on pense donc aussi à ce qu'il deviendra quand l'objet ne servira plus. Les performances d'un objet et son impact sur l'environnement sont liés à ses matériaux ².