Technologie 3ᵉ
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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
Ces exercices corrigés sur « Les matériaux : familles, propriétés et choix » en troisième permettent de s'entraîner et de vérifier ses acquis en technologie. Ils suivent le programme officiel de troisième et sont classés par difficulté (facile, moyen, difficile). Au programme : Matière première, matériau, objet, Les cinq familles de matériaux, Métaux et plastiques : les sous-familles, Propriétés mécaniques et masse volumique. Écris ta réponse puis clique sur « Vérifier » : la correction est immédiate et tolère majuscules, espaces et ponctuation. Cet entraînement aide à mémoriser les méthodes, repérer ses erreurs et gagner en confiance avant un contrôle. Exercices gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour réviser technologie en troisième.
Entraîne-toi par niveau. Écris ta réponse puis clique sur « Vérifier » (ou tape Entrée). La correction tolère majuscules, espaces et ponctuation.
Facile
Ex. 1 — À quelle famille ?Écris la famille du matériau principal : métallique, plastique, organique, céramique ou composite.
Une planche à découper en hêtre :
Le bois est d'origine végétale : famille des organiques.Un bocal de confiture en verre :
Le verre est obtenu en fondant du sable : c'est une céramique (matériau minéral).Un saladier en acier inoxydable :
L'inox est un alliage de fer, de chrome et de nickel.Un seau en polyéthylène :
Le polyéthylène (PE) est un thermoplastique.La coque d'un kayak en fibres de verre noyées dans une résine polyester :
Renfort (fibres de verre) + matrice (résine) : c'est un composite.Une tasse en porcelaine :
La porcelaine est une argile fine cuite à haute température.Voir le corrigé
- organique — Le bois est d'origine végétale : famille des organiques.
- céramique — Le verre est obtenu en fondant du sable : c'est une céramique (matériau minéral).
- métallique — L'inox est un alliage de fer, de chrome et de nickel.
- plastique — Le polyéthylène (PE) est un thermoplastique.
- composite — Renfort (fibres de verre) + matrice (résine) : c'est un composite.
- céramique — La porcelaine est une argile fine cuite à haute température.
Ex. 2 — D'où viennent les matériaux ?Complète chaque phrase avec le mot qui convient.
Le PVC et le polyéthylène sont fabriqués principalement à partir du .
Ressource fossile, non renouvelable.Le verre est obtenu en faisant fondre du vers 1 500 °C.
Le sable est composé surtout de silice.L'aluminium est extrait d'un minerai rougeâtre appelé .
La transformation de la bauxite en aluminium demande beaucoup d'électricité.Le papier et le carton sont fabriqués à partir des fibres du .
Ou à partir de papier recyclé, dont on récupère les fibres.L'acier est un alliage de fer et d'un peu de .
Moins de 2 % de carbone ; au-delà, c'est de la fonte.Le cuir et la laine sont des matériaux d'origine .
Ce sont des matériaux organiques, comme le bois (origine végétale).Voir le corrigé
- pétrole — Ressource fossile, non renouvelable.
- sable — Le sable est composé surtout de silice.
- bauxite — La transformation de la bauxite en aluminium demande beaucoup d'électricité.
- bois — Ou à partir de papier recyclé, dont on récupère les fibres.
- carbone — Moins de 2 % de carbone ; au-delà, c'est de la fonte.
- animale — Ce sont des matériaux organiques, comme le bois (origine végétale).
Moyen
Ex. 3 — Calculer avec la masse volumiqueUtilise ρ = m / V et donne le résultat dans l'unité demandée.
Un bloc de pin (ρ = 0,5 g/cm³) a un volume de 400 cm³. Sa masse : g
m = ρ × V = 0,5 × 400 = 200 g.Une pièce de 540 g occupe 200 cm³. Sa masse volumique : g/cm³
540 / 200 = 2,7 g/cm³ : c'est la masse volumique de l'aluminium.7 800 kg/m³ = g/cm³
On divise par 1 000 : 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³.Une pièce en cuivre (ρ = 8,9 g/cm³) a une masse de 445 g. Son volume : cm³
V = m / ρ = 445 / 8,9 = 50 cm³.Une barre d'acier (ρ = 7,8 g/cm³) a une section de 2 cm × 2 cm et une longueur de 50 cm. Sa masse : kg
V = 2 × 2 × 50 = 200 cm³ ; m = 7,8 × 200 = 1 560 g = 1,56 kg.Voir le corrigé
- 200 — m = ρ × V = 0,5 × 400 = 200 g.
- 2,7 — 540 / 200 = 2,7 g/cm³ : c'est la masse volumique de l'aluminium.
- 7,8 — On divise par 1 000 : 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³.
- 50 — V = m / ρ = 445 / 8,9 = 50 cm³.
- 1,56 — V = 2 × 2 × 50 = 200 cm³ ; m = 7,8 × 200 = 1 560 g = 1,56 kg.
Ex. 4 — Thermoplastique ou thermodurcissable ? Conducteur ou isolant ?Complète avec : thermoplastique, thermodurcissable, conducteur ou isolant.
Des bouteilles en PET usagées sont fondues pour fabriquer des fibres de polaire : le PET est un .
Il se refond : c'est ce qui permet son recyclage.Le boîtier d'un ancien interrupteur en bakélite noircit mais ne ramollit pas quand on le chauffe : c'est un .
Un thermodurcissable se carbonise sans fondre.Le filament de PLA d'une imprimante 3D est fondu vers 200 °C puis déposé couche par couche : le PLA est un .
L'impression 3D exploite le ramollissement à la chaleur.Les pistes d'un circuit imprimé sont en cuivre, car le cuivre est un bon électrique.
Le cuivre est, après l'argent, le métal qui conduit le mieux le courant.Un gant de cuisine en silicone protège la main, car le silicone est un thermique.
Il laisse très peu passer la chaleur.La plaque qui porte les pistes (résine époxy renforcée de fibres de verre) empêche les pistes de se toucher électriquement : elle est .
Ce support est d'ailleurs un matériau composite.Voir le corrigé
- thermoplastique — Il se refond : c'est ce qui permet son recyclage.
- thermodurcissable — Un thermodurcissable se carbonise sans fondre.
- thermoplastique — L'impression 3D exploite le ramollissement à la chaleur.
- conducteur — Le cuivre est, après l'argent, le métal qui conduit le mieux le courant.
- isolant — Il laisse très peu passer la chaleur.
- isolante — Ce support est d'ailleurs un matériau composite.
Difficile
Ex. 5 — Matrice de choix : le bac à compostUne commune choisit le matériau de bacs à compost. Notes sur 5 (5 = très bien).
| Critère (coefficient) | Pin non traité | PP recyclé | Acier galvanisé |
|---|---|---|---|
| résistance à l'humidité (×3) | 2 | 5 | 4 |
| coût (×2) | 4 | 3 | 2 |
| impact environnemental (×2) | 5 | 3 | 3 |
| facilité de montage (×1) | 4 | 4 | 2 |
Score total du pin :
2 × 3 + 4 × 2 + 5 × 2 + 4 × 1 = 6 + 8 + 10 + 4 = 28.Score total du PP recyclé :
15 + 6 + 6 + 4 = 31.Score total de l'acier galvanisé :
12 + 4 + 6 + 2 = 24.Matériau retenu :
Meilleur total : 31 points.La commune donne la priorité à l'environnement : le coefficient de l'impact environnemental passe à 4. Nouveau score du pin :
6 + 8 + 5 × 4 + 4 = 38 (PP : 37 ; acier : 30).Avec ce nouveau coefficient, quel matériau est retenu ? Que montre ce résultat ?
Le pin (38 points contre 37 pour le PP). Le classement dépend des priorités du cahier des charges : modifier un seul coefficient suffit à changer le matériau retenu.Le « meilleur » matériau dépend des coefficients.Voir le corrigé
- 28 — 2 × 3 + 4 × 2 + 5 × 2 + 4 × 1 = 6 + 8 + 10 + 4 = 28.
- 31 — 15 + 6 + 6 + 4 = 31.
- 24 — 12 + 4 + 6 + 2 = 24.
- PP recyclé — Meilleur total : 31 points.
- 38 — 6 + 8 + 5 × 4 + 4 = 38 (PP : 37 ; acier : 30).
- Réponse libre — exemple : Le pin (38 points contre 37 pour le PP). Le classement dépend des priorités du cahier des charges : modifier un seul coefficient suffit à changer le matériau retenu. — Le « meilleur » matériau dépend des coefficients.
Ex. 6 — Le dissipateur thermique d'un processeurUn dissipateur évacue la chaleur du processeur d'un ordinateur. On compare trois métaux.
| Métal | ρ (g/cm³) | λ (W/(m·K)) | Prix indicatif (€/kg) |
|---|---|---|---|
| aluminium | 2,7 | 230 | 3 |
| cuivre | 8,9 | 390 | 9 |
| acier | 7,8 | 50 | 1 |
Le métal qui conduit le mieux la chaleur :
λ = 390 W/(m·K), la plus grande valeur.Masse d'un dissipateur de 30 cm³ en aluminium : g
2,7 × 30 = 81 g.Masse du même dissipateur en cuivre : g
8,9 × 30 = 267 g.Coût de la matière du dissipateur en cuivre : € (arrondi au centime)
267 g = 0,267 kg ; 0,267 × 9 ≈ 2,40 €.Pour un ordinateur portable, quel métal choisir ? Donne trois arguments chiffrés.
L'aluminium : il conduit bien la chaleur (λ = 230, environ 60 % du cuivre), il est 3,3 fois plus léger (81 g contre 267 g) et environ 10 fois moins cher (0,24 € contre 2,40 €).Un portable doit rester léger et bon marché.Pourquoi l'acier, pourtant le moins cher, est-il écarté ?
Son λ vaut 50 : il conduit la chaleur 4,6 fois moins bien que l'aluminium (230 / 50) et il est presque 3 fois plus lourd (7,8 / 2,7). Il évacuerait mal la chaleur du processeur.La fonction principale prime sur le coût.Voir le corrigé
- cuivre — λ = 390 W/(m·K), la plus grande valeur.
- 81 — 2,7 × 30 = 81 g.
- 267 — 8,9 × 30 = 267 g.
- 2,40 — 267 g = 0,267 kg ; 0,267 × 9 ≈ 2,40 €.
- Réponse libre — exemple : L'aluminium : il conduit bien la chaleur (λ = 230, environ 60 % du cuivre), il est 3,3 fois plus léger (81 g contre 267 g) et environ 10 fois moins cher (0,24 € contre 2,40 €). — Un portable doit rester léger et bon marché.
- Réponse libre — exemple : Son λ vaut 50 : il conduit la chaleur 4,6 fois moins bien que l'aluminium (230 / 50) et il est presque 3 fois plus lourd (7,8 / 2,7). Il évacuerait mal la chaleur du processeur. — La fonction principale prime sur le coût.
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