Quelles sont les familles de matériaux en technologie ?

On distingue cinq familles : les matériaux métalliques (acier, aluminium, cuivre, laiton…), les plastiques (thermoplastiques et thermodurcissables), les matériaux organiques d'origine végétale ou animale (bois, papier, liège, laine, cuir), les céramiques (verre, porcelaine, terre cuite) et les composites, qui associent au moins deux matériaux complémentaires (fibre de carbone et résine, béton armé).

Quelle est la différence entre un thermoplastique et un thermodurcissable ?

Un thermoplastique (PE, PP, PVC, PET, PLA) ramollit quand on le chauffe et peut être remis en forme : il se recycle par refonte. Un thermodurcissable (bakélite, résine époxy) durcit définitivement lors de sa fabrication : chauffé, il ne ramollit plus et finit par se carboniser, il ne peut pas être refondu.

Comment choisir un matériau à partir d'un cahier des charges ?

On relève les contraintes du cahier des charges, on élimine les matériaux qui ne respectent pas une contrainte impérative, puis on note les matériaux restants sur chaque critère. Chaque note est multipliée par le coefficient du critère (son importance) : le matériau qui obtient le meilleur total est retenu.

Comment calculer la masse volumique d'un matériau ?

On divise la masse par le volume : ρ = m / V. Elle s'exprime en g/cm³ ou en kg/m³, avec 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³. Par exemple, une pièce de 540 g qui occupe 200 cm³ a une masse volumique de 2,7 g/cm³ : c'est de l'aluminium. Un matériau de masse volumique inférieure à 1 g/cm³ flotte sur l'eau.

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Les matériaux : familles, propriétés et choix

Familles de matériaux (métaux, plastiques, organiques, céramiques, composites), propriétés mécaniques, thermiques, électriques, choix d'un matériau selon le cahier des charges, impact environnemental

À propos de cette page

Ce cours de technologie en troisième sur « Les matériaux : familles, propriétés et choix » suit le programme officiel de technologie de troisième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Matière première, matériau, objet, Les cinq familles de matériaux, Métaux et plastiques : les sous-familles, Propriétés mécaniques et masse volumique. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième à réussir en technologie.

Matière première, matériau, objet

Un matériau est une matière choisie et transformée par l'être humain pour fabriquer des objets. Il ne faut pas le confondre avec la matière première, prélevée dans la nature : le minerai de fer est une matière première, l'acier est un matériau, la portière de voiture est le produit fini.

Origine	Matières premières	Matériaux obtenus
végétale	arbres, coton, lin, écorce du chêne-liège	bois, papier, carton, tissus, liège
animale	peaux, toison des moutons, cocons	cuir, laine, soie
minérale	minerais (fer, bauxite), sable, argile	acier, aluminium, verre, céramiques
fossile	pétrole, gaz naturel	la plupart des plastiques

Ressource renouvelable ou non. Une ressource est renouvelable si la nature la reconstitue à l'échelle d'une vie humaine (bois d'une forêt gérée, coton, laine). Les minerais et le pétrole sont non renouvelables : leurs stocks s'épuisent.

Exemple. Le PLA des imprimantes 3D est un plastique biosourcé : il est fabriqué à partir d'amidon (maïs, canne à sucre) et non de pétrole. Biosourcé ne veut pas dire biodégradable partout : le PLA ne se décompose bien qu'en compostage industriel.

Les cinq familles de matériaux

En technologie, on range les matériaux en cinq familles, selon leur origine et leur composition.

Famille	Exemples	Propriétés typiques
métalliques	acier, fonte, aluminium, cuivre, zinc, laiton	conducteurs de la chaleur et de l'électricité, résistants, souvent lourds, recyclables par refonte
plastiques	PE, PP, PVC, PET, ABS, PLA, bakélite	légers, isolants, faciles à mouler, peu coûteux
organiques	bois, papier, carton, liège, coton, laine, cuir	d'origine végétale ou animale, renouvelables, isolants, sensibles à l'humidité et au feu
céramiques	verre, porcelaine, faïence, terre cuite	d'origine minérale, dures, résistantes à la chaleur, isolantes, fragiles
composites	fibre de carbone + résine époxy, fibre de verre + résine polyester, béton armé	légers et très résistants, mais difficiles à recycler

Composite. Un matériau composite associe au moins deux matériaux qui ne se mélangent pas et qui se complètent : un renfort (fibres, barres) qui apporte la résistance, noyé dans une matrice (résine, béton) qui lui donne sa forme et le protège.

Attention ! En technologie, « organique » désigne les matériaux naturels d'origine végétale ou animale. Les plastiques forment une famille à part, même s'ils sont eux aussi composés de carbone.

Métaux et plastiques : les sous-familles

Les métaux se divisent en deux groupes.

Sous-famille	Exemples	À savoir
métaux ferreux (à base de fer)	fer, acier (fer + moins de 2 % de carbone), fonte (fer + plus de 2 % de carbone), acier inoxydable (fer + au moins 10,5 % de chrome)	en général attirés par l'aimant ; rouillent s'ils ne sont pas protégés (sauf l'inox)
métaux non ferreux	aluminium (extrait de la bauxite), cuivre, zinc, étain, titane ; alliages : laiton (cuivre + zinc), bronze (cuivre + étain)	l'aluminium, le cuivre et le zinc ne sont pas attirés par l'aimant ; ils ne rouillent pas

Alliage. Mélange d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments pour améliorer ses propriétés (dureté, résistance à la corrosion). L'acier est un alliage de fer et de carbone.

Les plastiques (polymères) se divisent en trois groupes.

Sous-famille	Comportement à la chaleur	Exemples
thermoplastiques	ramollissent quand on les chauffe, durcissent en refroidissant ; on peut les refondre et les recycler	PE, PP, PVC, PET, PS, ABS, PLA
thermodurcissables	durcissent définitivement à la fabrication ; chauffés, ils ne ramollissent plus et se carbonisent	bakélite, mélamine, résines époxy et polyester
élastomères	très déformables, reprennent leur forme	caoutchouc, silicone

Repère. Les thermoplastiques se mettent en forme par moulage par injection, extrusion ou impression 3D. Un code dans un triangle fléché indique le type de plastique pour faciliter le tri : 1 PET, 2 PEHD, 3 PVC, 4 PEBD, 5 PP, 6 PS, 7 autres.

Propriétés mécaniques et masse volumique

Les propriétés mécaniques décrivent la façon dont un matériau réagit quand on le sollicite (on appuie, on tire, on plie, on frappe).

Propriété	Définition	Exemple
dureté	résiste à la rayure et à la pénétration	verre, acier trempé
élasticité	reprend sa forme après une déformation	ressort en acier, caoutchouc
plasticité (ductilité, malléabilité)	se déforme durablement sans casser (se tire en fils, s'aplatit en feuilles)	cuivre, aluminium, plomb
fragilité	casse net, sans se déformer	verre, porcelaine, fonte
résistance mécanique	supporte un effort de traction, compression, flexion ou torsion sans casser	acier, béton armé
résilience	résiste aux chocs	ABS, acier doux

Masse volumique. C'est la masse d'un matériau par unité de volume :

ρ = \frac{m}{V}

en g/cm³ (m en g, V en cm³) ou en kg/m³. Conversions : 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³ ; 1 mL = 1 cm³ ; 1 L = 1 dm³ = 1 000 cm³. Un matériau de masse volumique inférieure à celle de l'eau (1 g/cm³) flotte.

Exemple. Une pièce de 250 cm³ pèse 2,7 × 250 = 675 g en aluminium, mais 7,8 × 250 = 1 950 g en acier : près de trois fois plus.

Attention ! Dur ne veut pas dire résistant aux chocs : le verre est très dur (il raye l'acier doux) mais fragile.

Propriétés thermiques, électriques et chimiques

Conductivité thermique λ. Elle mesure la facilité avec laquelle la chaleur traverse un matériau, en W/(m·K). Plus λ est grand, plus le matériau est conducteur thermique ; plus λ est petit, plus il est isolant thermique.

Matériau	λ en W/(m·K)	Comportement
cuivre	390	conducteurs thermiques
aluminium	230
acier / acier inoxydable	50 / 16
verre	1	peu conducteur
PVC / bois de pin	0,17 / 0,13	isolants thermiques
liège	0,040
polystyrène expansé	0,035

Les meilleurs isolants emprisonnent de l'air immobile (λ ≈ 0,025) dans des bulles ou entre des fibres. Autres propriétés thermiques : la température de fusion (étain 232 °C, aluminium 660 °C, cuivre 1 085 °C, fer 1 538 °C ; le PE fond vers 130 °C, le PLA ramollit dès 60 °C) et la dilatation (un matériau s'allonge en chauffant : joints de dilatation des ponts et des rails).

Propriété électrique	Matériaux
conducteurs : laissent passer le courant	métaux (argent, cuivre, or, aluminium, acier), graphite
isolants : bloquent le courant	plastiques, caoutchouc, verre, porcelaine, bois sec, air sec

Exemple. Le câble d'un chargeur associe les deux : une âme en cuivre (conducteur) entourée d'une gaine en PVC (isolant) qui protège l'utilisateur.

Corrosion. Dégradation d'un matériau par son environnement. L'acier rouille en présence d'eau et d'oxygène ; on le protège par peinture, par galvanisation (couche de zinc) ou on utilise de l'inox. L'aluminium se couvre d'une fine couche d'oxyde qui le protège. Les plastiques vieillissent au soleil (rayons UV) et deviennent cassants.

Choisir un matériau selon le cahier des charges

Le cahier des charges (étudié dans le chapitre d'analyse fonctionnelle) fixe les contraintes que l'objet doit respecter : fonction, milieu d'utilisation, sécurité, masse, coût, aspect, fin de vie. Le choix du matériau en découle.

Méthode de la matrice de choix.
1. Relever les critères du cahier des charges et repérer les contraintes impératives (éliminatoires).
2. Éliminer tout matériau qui ne respecte pas une contrainte impérative, quelle que soit sa note ailleurs.
3. Noter les matériaux restants sur chaque critère, multiplier chaque note par le coefficient du critère (son importance), additionner.
4. Retenir le meilleur total, puis vérifier que le procédé de fabrication et le prix sont réalistes.

Exemple : support de smartphone (notes de 1 à 4).

Critère (coefficient)	PLA	Aluminium	Hêtre
rigidité (×3)	2 → 6	4 → 12	3 → 9
coût (×2)	4 → 8	2 → 4	3 → 6
légèreté (×1)	4 → 4	3 → 3	3 → 3
recyclabilité (×2)	2 → 4	4 → 8	3 → 6
total	22	27	24

L'aluminium est retenu.

Attention ! Le « meilleur matériau » n'existe pas dans l'absolu : il dépend des coefficients fixés par le cahier des charges. Changer un coefficient peut changer le classement.

L'impact environnemental des matériaux

Un matériau pèse sur l'environnement à chaque étape : extraction (mines, forêts, puits de pétrole), transformation (énergie, souvent d'origine fossile, donc émissions de CO₂), transport, utilisation (durée de vie, entretien) et fin de vie. L'étude complète du cycle de vie d'un objet fait l'objet d'un chapitre dédié ; ici, on compare les matériaux entre eux.

Fin de vie	Principe
réemploi	l'objet resert tel quel (bouteille consignée, meuble d'occasion)
recyclage	la matière est récupérée pour fabriquer de nouveaux objets
valorisation énergétique	incinération avec récupération de la chaleur
enfouissement	mise en décharge : solution à éviter

Famille	Recyclabilité
métaux, verre	refondus presque indéfiniment sans perte de qualité
thermoplastiques	recyclables quelques fois : leurs molécules se dégradent
thermodurcissables, composites	très difficiles à recycler (on ne peut pas les refondre)
organiques	papier recyclable plusieurs fois ; bois valorisable ou compostable

Choisir de façon responsable. Préférer des matériaux recyclés, biosourcés ou produits près du lieu d'usage ; utiliser moins de matière ; concevoir des objets durables et d'un seul matériau (plus faciles à trier).

En bref

Cinq familles : métalliques (ferreux ou non ferreux), plastiques (thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères), organiques (végétal ou animal), céramiques (verre, porcelaine), composites (renfort + matrice).
Propriétés mécaniques (dureté, élasticité, plasticité, fragilité, résistance), thermiques (conducteur ou isolant, fusion), électriques (conducteur ou isolant), chimiques (corrosion).
Masse volumique : ρ = m / V ; 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³ ; un matériau flotte si ρ < 1 g/cm³.
Choisir : éliminer ce qui ne respecte pas une contrainte impérative, puis comparer les totaux pondérés d'une matrice de choix.
Impact environnemental : origine, énergie de production, durée de vie, recyclabilité.

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