Ressources · 6ᵉ · Chimie
Propriétés de la matière : comparer et trier les matériaux
Les matériaux usuels (métaux, verre, plastiques, papier et carton, bois) ; conducteurs et isolants thermiques ; conducteurs et isolants électriques ; les matériaux attirés par un aimant ; trier les déchets, durée de décomposition dans la nature et conséquences sur l’environnement ; choisir un matériau selon ses propriétés
À propos de cette page
Les matériaux usuels
On classe les matériaux usuels en grandes familles :
• les métaux : le fer, l’acier (fait surtout de fer), l’aluminium (extrait d’un minerai, la bauxite), le cuivre… ;
• le verre ;
• les plastiques ;
• le papier et le carton, des feuilles faites de fibres ;
• le bois, tiré des arbres.
Certains matériaux sont naturels, d’autres fabriqués par l’être humain : voir le chapitre États de la matière.
Une chaise : assise et pieds en bois, vis en acier (un métal). Un même objet peut réunir plusieurs matériaux.
Une brique de jus de fruit : surtout du carton, avec un bouchon en plastique.
Le papier d’aluminium n’est pas du papier : c’est une feuille très fine de métal.
Reconnaître un matériau
On reconnaît souvent un matériau à son aspect : le verre est transparent et se casse net, un métal neuf est brillant, le bois montre des veines, un plastique est léger et souvent moulé d’une seule pièce, le papier et le carton se déchirent et ramollissent dans l’eau. Mais l’aspect peut tromper : certains plastiques imitent le bois ou le métal. Pour en être sûr, on teste ses propriétés : conduit-il la chaleur ? l’électricité ? est-il attiré par un aimant ? C’est l’objet des parties suivantes.
Réflexe — je sépare l’objet (à quoi il sert) et le matériau (de quoi il est fait), puis je range le matériau dans sa famille.
Attention — l’acier et l’aluminium sont tous les deux des métaux, mais ce ne sont pas les mêmes ; et un objet n’est pas forcément fait d’un seul matériau.
🎯 S’entraîner : Reconnaître le matériau1 niveau · méthode + exercices corrigés
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Conducteurs et isolants thermiques
Un conducteur thermique laisse passer facilement la chaleur : ce sont les métaux (le cuivre, l’aluminium, l’acier).
Un isolant thermique laisse mal passer la chaleur : le bois, les plastiques, le liège, la laine, le polystyrène et surtout l’air immobile emprisonné. Le verre est entre les deux : il conduit bien moins la chaleur qu’un métal, mais plus que le bois ou le plastique.
Un isolant ralentit le passage de la chaleur dans les deux sens : il garde le chaud au chaud et le froid au froid.
Je prévois : le métal va laisser passer la chaleur le plus vite. Je teste : je plonge dans un bécher d’eau chaude trois baguettes de même longueur, en cuivre, en verre et en bois ; sur le bout qui dépasse de chacune, je pose une noisette de beurre.
J’observe : le beurre fond d’abord sur la baguette de cuivre ; sur celles de verre et de bois, il fond bien plus tard, ou pas du tout pendant l’expérience. Je conclus : le cuivre est un bon conducteur thermique ; le bois est un isolant thermique.
Pour que la comparaison soit juste, on ne change qu’une chose : le matériau (même longueur, même eau chaude, même quantité de beurre).
Dans la vie de tous les jours
Une doudoune ou un pull en laine emprisonne de l’air : il ralentit la perte de chaleur du corps. Un double vitrage est fait de deux vitres séparées par une lame d’air immobile, qui isole la maison. Une glacière aux parois de polystyrène garde les boissons au frais.
En hiver, si l’on pose la main sur un banc en acier et sur un banc en bois à la même température, l’acier paraît plus froid : bon conducteur, il emporte vite la chaleur de la main.
Réflexe — est-ce un métal ? Il conduit la chaleur. Le matériau emprisonne-t-il de l’air ? C’est un très bon isolant thermique.
Attention — un pull ne produit pas de chaleur : il ralentit seulement la perte de chaleur du corps. Et un matériau qui « paraît froid » au toucher n’est pas plus froid : il conduit mieux la chaleur.
🎯 S’entraîner : Conducteur ou isolant thermique ?2 niveaux · méthode + exercices corrigés
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Conducteurs et isolants électriques
Pour tester un matériau, on réalise un circuit avec une pile et une lampe, en laissant une coupure entre deux pinces, et on place l’objet entre les pinces : si la lampe brille, l’objet a fermé la boucle, il est conducteur ; si elle reste éteinte, il est isolant.
• Conducteurs : tous les métaux (cuivre, aluminium, fer, acier…) et le graphite.
• Isolants : les plastiques, le verre, le caoutchouc, le papier, le carton, le bois sec, l’air.
Les métaux conduisent à la fois l’électricité et la chaleur ; les plastiques et le bois sec isolent des deux.
Une clé en métal entre les pinces : la lampe brille, la clé est conductrice.
Une bille en verre : la lampe reste éteinte, le verre est isolant.
Une feuille de papier d’aluminium : la lampe brille. Elle ressemble à du papier, mais c’est un métal, donc un conducteur.
Une règle en plastique : la lampe reste éteinte, le plastique est isolant.
Le circuit lui-même (pile, lampe, boucle fermée ou ouverte) est étudié dans le chapitre Le circuit électrique à une boucle.
Réflexe — la lampe brille : l’objet est conducteur ; elle reste éteinte (avec un circuit qui fonctionne) : il est isolant.
Attention — ces tests se font uniquement avec une pile : le courant d’une prise de la maison (230 V) peut tuer. Les pinces doivent toucher le matériau lui-même, pas une peinture ou un vernis qui le recouvre.
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Les matériaux attirés par un aimant
Il n’attire pas l’aluminium, le cuivre, l’or, l’argent.
Le verre, les plastiques, le bois, le papier et le carton ne sont pas attirés.
Pour le savoir, on approche un aimant de l’objet : s’il est attiré, il contient du fer, de l’acier ou du nickel.
Une boîte de conserve est en acier (recouvert d’une fine couche d’étain) : elle est attirée par l’aimant.
Une canette de boisson en aluminium n’est pas attirée. Il existe aussi des canettes en acier : l’aimant permet de distinguer ces deux métaux qui se ressemblent.
Les pièces de 1, 2 et 5 centimes d’euro ont la couleur du cuivre, mais elles sont en acier recouvert de cuivre : elles sont attirées.
Cette propriété sert à séparer l’acier des autres matériaux : c’est la séparation magnétique, utilisée au centre de tri (partie suivante) et pour séparer un mélange de fer et de sable (voir Séparer les constituants d’un mélange).
Réflexe — attiré par l’aimant : fer, acier ou nickel. Pas attiré : un autre matériau, qui peut quand même être un métal (aluminium, cuivre).
Attention — « tous les métaux sont attirés par un aimant » est faux. Et ne confonds pas les propriétés : le cuivre conduit très bien l’électricité et la chaleur, mais il n’est pas attiré. Certains aciers inoxydables, comme l’inox « 18/10 », ne sont pas attirés non plus.
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Trier les déchets et durée de décomposition
• À la maison : dans le bac de tri (souvent jaune), tous les emballages en plastique, en métal, en papier et en carton, et les papiers ; le verre va dans un conteneur à verre ; les restes de repas et épluchures sont des biodéchets (compost ou collecte à part). Les consignes peuvent varier un peu selon les communes.
• Au centre de tri, on utilise les propriétés des matériaux : un gros aimant placé au-dessus du tapis roulant attire les emballages en acier ; l’aluminium, qui n’est pas attiré, est séparé par une autre machine.
Abandonné dans la nature, un déchet met plus ou moins longtemps à se décomposer : de quelques mois pour le papier à des centaines d’années pour les plastiques et les métaux ; le verre ne se dégrade quasiment pas.
Durée de décomposition dans la nature
Ces durées sont des ordres de grandeur : elles changent selon le milieu (sol, eau de mer, soleil, humidité). Source : ministère de l’Intérieur (site Ma Sécurité, fiche « Que faire des déchets ou dépôts sauvages ? »).
| Déchet | Durée de décomposition (ordre de grandeur) |
|---|---|
| pelures de fruits | de 3 à 6 mois |
| mouchoir en papier | environ 3 mois |
| papier journal | de 3 à 12 mois |
| chewing-gum | environ 5 ans (25 ans en mer) |
| mégot de cigarette | de 2 à 12 ans |
| boîte de conserve (acier) | de 10 à 100 ans |
| canette en aluminium | de 200 à 500 ans |
| sac en plastique | environ 400 ans |
| bouteille en plastique | de 100 à 1 000 ans |
| polystyrène | environ 1 000 ans |
| verre | quasi éternel : il ne se dégrade presque pas |
Le carton, fait des mêmes fibres que le papier, se décompose lui aussi en quelques mois.
Un pot de yaourt en plastique, vidé : dans le bac de tri. Un bocal de cornichons en verre : dans le conteneur à verre. Un trognon de pomme : avec les biodéchets.
Dans un mélange d’emballages, l’aimant attire la boîte de conserve (acier) mais pas la canette en aluminium ni la bouteille en plastique.
Un journal oublié dans un champ disparaît en moins d’un an ; une canette en aluminium y reste des siècles.
Les conséquences sur l’environnement
Les déchets abandonnés se dégradent lentement et libèrent des substances toxiques dans l’air, les sols et les eaux. Les plastiques se fragmentent en minuscules morceaux, les microplastiques, que l’on retrouve partout ; des oiseaux marins avalent du plastique. Le verre brisé est dangereux pour les animaux. La solution : ne rien jeter dans la nature et trier, car le verre et l’aluminium se recyclent à l’infini et l’acier presque entièrement.
Réflexe — pour trier, je me demande de quel matériau est fait le déchet ; pour séparer des matériaux mélangés, j’utilise une de leurs propriétés (l’aimant pour l’acier).
Attention — un emballage « biodégradable » ne doit pas être jeté dans la nature pour autant. Et le verre, qui ne se décompose presque pas, se recycle très bien : il ne faut pas le jeter, mais le déposer au conteneur.
🎯 S’entraîner : Trier les matériaux selon leurs propriétés2 niveaux · méthode + exercices corrigés
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Choisir un matériau selon ses propriétés
1. la contrainte : ce que l’objet doit faire (garder au chaud, protéger la main, laisser voir à travers, ne pas laisser passer l’eau, être léger…) ;
2. la propriété nécessaire : isolant ou conducteur thermique, isolant ou conducteur électrique, transparent, étanche, léger, solide… ;
3. le matériau qui possède cette propriété.
Quand plusieurs matériaux conviennent, on compare aussi leur durée de vie, leur prix et leur impact sur l’environnement (se recycle-t-il ? combien de temps met-il à se décomposer ?).
Une casserole : le fond doit transmettre la chaleur aux aliments → conducteur thermique → un métal. Le manche ne doit pas brûler la main → isolant thermique → du bois ou du plastique.
Des bottes de pluie : elles doivent être étanches et souples → du caoutchouc ou du plastique, surtout pas du carton.
La gaine d’un câble électrique doit protéger la main du courant → isolant électrique → du plastique ; à l’intérieur, le fil doit conduire le courant → du cuivre.
Une tente doit être légère pour être portée, et étanche → une toile en plastique et des arceaux en aluminium, un métal léger.
Réflexe — contrainte → propriété → matériau. Je vérifie que le matériau choisi convient à toutes les contraintes de l’objet.
Attention — un même matériau peut être parfait pour une partie de l’objet et mauvais pour une autre : le métal convient au fond de la casserole, pas au manche. Et un matériau pratique (le plastique, léger et étanche) peut poser un problème pour l’environnement s’il finit dans la nature.
🎯 S’entraîner : Choisir le bon matériau1 niveau · méthode + exercices corrigés
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Pour aller plus loin
Le circuit électrique (pile, lampe, boucle fermée, sécurité) est étudié dans le chapitre Le circuit électrique à une boucle ; la séparation d’un mélange par un aimant, dans Séparer les constituants d’un mélange ; les trois états de la matière, dans États de la matière.
Se verra au cycle 4 — pourquoi les métaux conduisent. La matière est faite d’atomes. Dans un métal, certains électrons se déplacent librement : ce sont eux qui transportent le courant électrique et une grande partie de la chaleur. Voilà pourquoi les bons conducteurs électriques sont souvent aussi de bons conducteurs thermiques.
Les plastiques « biodégradables ». Certains plastiques peuvent être dégradés par des êtres vivants, mais seulement dans certaines conditions (température, humidité, milieu) : ils doivent eux aussi être jetés dans la bonne poubelle, jamais dans la nature.
- Un objet est fait d’un ou plusieurs matériaux. Familles usuelles : métaux, verre, plastiques, papier et carton, bois. On le reconnaît à son aspect, puis on le confirme par un test (lampe, aimant).
- Conducteurs thermiques : les métaux. Isolants thermiques : bois, plastiques, liège, laine, polystyrène, air immobile. Le verre est entre les deux.
- Test au circuit à pile : la lampe brille, l’objet est conducteur électrique (tous les métaux, le graphite) ; elle reste éteinte, il est isolant (plastique, verre, caoutchouc, papier, bois sec).
- Un aimant attire le fer, l’acier et le nickel ; pas l’aluminium, le cuivre, l’or, l’argent, ni le verre, les plastiques, le bois, le papier ou le carton.
- On trie les déchets selon leur matériau ; au centre de tri, l’aimant sépare l’acier. Dans la nature : quelques mois pour le papier, des siècles pour les métaux et les plastiques, le verre ne se dégrade quasiment pas (ordres de grandeur).
- Choisir un matériau : contrainte → propriété → matériau.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un objet et un matériau ?
L’objet est la chose fabriquée, qui sert à quelque chose (une fourchette, une vitre) ; le matériau est la matière dont il est fait (l’acier, le verre). Un objet peut être fait de plusieurs matériaux, et un même matériau sert à fabriquer beaucoup d’objets différents.
Qu’est-ce qu’un isolant thermique ?
C’est un matériau qui laisse mal passer la chaleur : le bois, les plastiques, le liège, la laine, le polystyrène et surtout l’air immobile emprisonné. Il ralentit le passage de la chaleur dans les deux sens : il garde le chaud au chaud et le froid au froid. Les métaux, au contraire, sont de bons conducteurs thermiques.
Tous les métaux sont-ils attirés par un aimant ?
Non. Un aimant attire le fer, l’acier (fait surtout de fer) et le nickel, mais pas l’aluminium, le cuivre, l’or ni l’argent. Le verre, le bois, le papier et les plastiques ne sont jamais attirés. En revanche, tous les métaux conduisent l’électricité.
Combien de temps un déchet met-il à disparaître dans la nature ?
Ce sont des ordres de grandeur, qui dépendent du milieu : environ 3 mois pour un mouchoir en papier, de 200 à 500 ans pour une canette en aluminium, de 100 à 1 000 ans pour une bouteille en plastique, et le verre ne se dégrade quasiment pas. D’où l’importance de ne rien jeter dans la nature et de trier pour recycler.
Comment choisir le matériau d’un objet ?
On part de la contrainte (ce que l’objet doit faire), on en déduit la propriété nécessaire, puis on choisit un matériau qui la possède : un manche qui ne brûle pas la main demande un isolant thermique (bois, plastique) ; une gaine de câble, un isolant électrique (plastique).
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