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Propriétés et choix de matériaux Introduction Fekak Fatima-Ezzahra École nation

Propriétés et choix de matériaux Introduction Fekak Fatima-Ezzahra École nationale des Sciences Appliquées de Fès Définitions  Quelle différence entre matière et matériau?  Matière (Matter): Substance constituant les corps, douée de propriétés physiques (larousse.fr)  Matériau (Materiel): Substance utilisée à la construction des objets  Matière ≠ Matériau  Matériau = Matière + propriétés Evolution historique des matériaux 3000 av. J.-C : Matériau directement disponible dans la nature 50 av. J.-C : Le début de la métallurgie, verre, brique et béton de construction Evolution historique des matériaux 1500 apr. J.-C : Aucune évolution en 1500 ans… Evolution historique des matériaux 1900 apr. J.-C (fin du 19ème siècle) : Développement de la métallurgie, apparition de l’Alluminium, début des polymères (Caoutchouc) Evolution historique des matériaux 1945 apr. J.-C (milieu du 20ème siècle) : Polymère synthétiques, alliages métalliques légers (Ti, Mg) Evolution historique des matériaux De nos jours: Composites, les mousses, les matériaux architecturés…(plus de 160 000 matériaux) Evolution historique des matériaux • L’ingénieur conçoit des produits -> un produit a une fonction, il est fait de matériau, il est fabriqué suivant un processus pour prendre une forme particulière L’ingénierie et le matériau • Produit = fonction, matériau, processus de fabrication, forme L’ingénierie et le matériau • Conséquence du choix de matériau L’ingénierie et le matériau • Combien d’éléments du tableau périodique se trouve à la surface de la terre? • La plupart de ces éléments sont extrait via des mines => extraction et transformation en matériaux d’ingénierie difficiles • Ressources ≠ Réserves (part accessible des ressources) Les matériaux à l’état naturel • Combien d’éléments du tableau périodique se trouve à la surface de la terre? C = C0 exp{r(t-t0)/100}, C: taux de consommation (tones/année); r : croissance annuelle (%) • Ex.: r = 4% pour l’acier, C double chaque 18 ans • Attention ressources finis, quid la durabilité? Production et consommation des matériaux • « Embodied energy » : Energie engagée pour créer 1kg d’un matériau utilisable • « Processing energy » : Energie utilisée pour former le produit fini Les énergies • Attention le choix du matériau = un grand impact environnemental => Penser à faire des conceptions en mesurant l’impact sur l’environnement (« Design for the environment and sustainability») Impact environnemental • Une famille = mêmes propriétés, mêmes procédés de transformation, des applications similaires Les grandes familles de matériaux • Densité (masse par unité de volume (ρ)))) Les grandes caractéristiques • Température de fusion Les grandes caractéristiques • Comportement uniaxial : traction / compression • Raideur: E (module d’élasticité) • Résistance à la traction: σy , σ0.2%, σts • Ductilité: εff • Résistance à la rupture Les grandes caractéristiques • Dureté: Les grandes caractéristiques • Raideur: Les grandes caractéristiques • Résistance à la traction: • La résistance à la traction est très dépendante des défauts de la microstructure • Elle est très sensible à la composition et au procédé transformation Les grandes caractéristiques • Résistance à la fissure: • Très sensible aux défauts de la microstructure Les grandes caractéristiques • Ductilité et résistance à la traction: • Souvent corrélés • Très sensible aux défauts de la microstructure Les grandes caractéristiques • Autres propriétés: • Propriétés thermiques: conductivité, expansion thermique, … • Propriétés électromagnétiques: comportement magnétique, réponse diélectrique, … • Propriétés chimiques: résistance à l’eau, aux acides, aux radiations, … • … Les grandes caractéristiques • Identifier la microstructure appropriée pour un alliage dans un problème donné; effectuer le traitement thermique et essais mécaniques correspondants. • Analyser les courbes d’expérience pour en extraire les propriétés mécaniques du matériau concerné • Choisir les bons matériaux et procédés pour proposer une solution alternative ou innovante pour un simple problème de conception mécanique (appliquer une procédure de sélection des matériaux et des processus). Objectifs de ce cours uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-seance1.pdf