Les matériaux métalliques : cours de Bac pro TCI

Avant de tracer un développé ou de lancer une découpe, une question vient toujours en premier : dans quoi la pièce est-elle faite ? Le dessin de tôlerie t'a appris à lire les formes et les cotes, le traçage à les reporter sur la matière. Il reste à comprendre la matière elle-même, car elle décide de presque tout : la façon de couper, de plier, de souder, et même la précision que tu peux espérer.

Le bac pro Technicien en chaudronnerie industrielle forme des spécialistes de la transformation du métal, en particulier l'acier et les alliages, pour fabriquer des produits chaudronnés, de la tôlerie, de la tuyauterie industrielle et des ossatures en structures métalliques. ² Ce cours te donne le vocabulaire et les repères pour parler des métaux avec précision, lire un dossier de fabrication et justifier un choix.

Choisir le matériau d'un objet, c'est ce qu'on appelle la sélection des matériaux. ⁶ En atelier, ce choix est souvent déjà fait par le bureau d'études et noté dans le dossier. Ton rôle est de le lire, de le comprendre et de le respecter. Le référentiel du diplôme attend d'ailleurs du technicien qu'il sache repérer et comprendre les informations qui définissent l'ouvrage à réaliser. ¹

Les matériaux métalliques font intervenir une liaison métallique, c'est-à-dire un mode de cohésion propre aux métaux. ⁶ Tu n'as pas besoin d'en connaître le détail physique en Bac pro : retiens plutôt ce que cette liaison produit comme comportement visible à l'atelier.

Prenons ces propriétés une à une, en les reliant à ton futur travail.

Rigides et durs. Une poutre ou un cadre en structure métallique garde sa forme quand on le charge. C'est ce qui permet de construire des ossatures. Un outil de coupe rencontre une résistance quand il attaque la matière : il faut donc des machines et des outillages adaptés.

Déformables plastiquement. C'est la propriété la plus précieuse du chaudronnier. Déformer plastiquement, c'est modifier la forme de façon durable : une tôle pliée reste pliée, un tube cintré garde son rayon. Sans cette propriété, il serait impossible de plier, rouler ou emboutir une tôle.

Bons conducteurs de la chaleur. Quand tu soudes, la chaleur ne reste pas à l'endroit de l'arc : elle se propage dans la pièce. Plus le métal conduit la chaleur, plus il faut y penser pour le réglage et pour limiter les déformations. C'est un raisonnement à retenir, même si les valeurs précises dépendent de chaque métal.

Bons conducteurs de l'électricité. Cette propriété explique que l'on puisse souder à l'arc électrique, mais aussi qu'il faille soigner la mise à la masse et l'isolement du poste.

Opaques et réfléchissants. Un métal poli renvoie la lumière : à l'œil, la surface paraît brillante, ce qui sert au contrôle visuel des défauts d'aspect.

Dans l'usage courant, plusieurs matériaux que tu rencontreras sont en réalité des alliages. La présentation du diplôme cite par exemple l'acier et les alliages comme matières que l'on transforme en atelier. ² D'autres métaux et alliages sont cités dans les repères de formation : alliages d'aluminium, de titane, de nickel, ainsi que des matériaux plaqués. ⁵

Un matériau plaqué associe, sur une même tôle, deux métaux : par exemple un support économique recouvert d'une face plus résistante à la corrosion. Pour le fabricant, c'est la face en contact avec le produit qui compte ; pour toi, c'est une vigilance à la découpe et au soudage, car on ne traite pas les deux faces de la même façon.

Le référentiel du diplôme classe les métaux travaillés en métaux et alliages ferreux et métaux et alliages non ferreux. ¹³ Cette distinction est la première que le technicien fait, parce qu'elle guide tout le reste.

Voici des exemples de matériaux métalliques courants : fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte. ⁶ Tu peux les ranger ainsi :

• ferreux : le fer, l'acier, la fonte ;
• non ferreux : l'aluminium, le cuivre, le bronze ; on y ajoute le titane et le nickel, qui apparaissent avec les alliages d'aluminium dans les repères de formation. ⁵

Les produits chaudronnés ont de nombreux marchés. Le diplômé peut travailler dans des entreprises de chaudronnerie, de tôlerie industrielle, de tuyauterie ou de structures métalliques, artisanales ou industrielles. ² Les structures fabriquées répondent à des besoins dans la construction aéronautique et spatiale, ferroviaire, navale, l'industrie agroalimentaire, chimique, papetière et pétrolière, le bâtiment et les travaux publics, ainsi que l'industrie nucléaire et énergétique. ²

On comprend vite pourquoi le matériau varie d'un secteur à l'autre. Une pièce de cuve alimentaire, de réservoir sous pression ou d'ossature de bâtiment n'encaisse ni les mêmes efforts ni le même environnement. Les repères de formation évoquent aussi un danger potentiel qui dépend de la pression, du produit stocké et des personnes exposées. ⁵ Le matériau participe donc à la sécurité de l'ouvrage, et pas seulement à son prix.

Le technicien en chaudronnerie maîtrise plusieurs façons d'assembler les matériaux qu'il travaille : le soudage, le rivetage, le boulonnage et le collage. ¹³ Il sait aussi se servir des machines propres à son métier. ¹ Le lien avec le matériau est direct : tous les assemblages ne conviennent pas à tous les métaux, et le procédé de soudage se règle selon la matière et l'épaisseur.

Pour choisir, on se pose des questions simples. L'assemblage doit-il être démontable ? Le boulonnage répond oui, le soudage non. Faut-il éviter la chaleur, qui peut déformer une pièce mince ? Le rivetage ou le collage deviennent intéressants. Les deux matériaux sont-ils de nature différente ? On évite alors souvent de les souder ensemble sans précaution. Ces règles de bon sens se précisent en cours de soudage ; ici, retiens simplement que le matériau commande l'assemblage.

Le référentiel demande aussi de vérifier les caractéristiques d'un ouvrage ou d'un sous-ensemble : la nature des matériaux doit être contrôlée, et les sollicitations mécaniques identifiées avec leurs dimensionnements. ¹ Une sollicitation mécanique est un effort que subit la pièce en service : traction, compression, flexion, etc. Plus l'effort est important, plus le choix du matériau et de l'épaisseur est critique.