Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en œuvre en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) d'un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) spécifique. La nature chimique, la forme physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) (phases en présence, granulométrie et forme des particules, par exemple), l'état de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...), des différentes matières premières qui sont à la base des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) confère à ceux-ci des propriétés particulières. On distingue ainsi quatre grandes familles de matériaux :
Voici quelques exemples de matériaux :
Un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) peut être caractérisé selon de nombreux paramètres : caractérisation des matériaux
La contrainte est proportionnelle à la déformation, le facteur de proportionnalité (On dit que deux mesures sont proportionnelles quand on peut passer de l'une à l'autre en...) est noté E et appelé module d'élasticité (ou module de Young).
Les matériaux à masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) volumique importante sont utilisés à la fabrication de contre-poids (équilibrage), volants d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...), etc.
Ceux à faible masse volumique sont utilisés dans l'aéronautique par exemple.
Entre en jeu, par exemple pour des matériaux soumis à des écarts de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) importants.
Utilisés dans les accumulateurs thermiques des habitations.
Matériaux appelés à fondre (fusibles)
Voici quelques caractéristiques physiques des matériaux : solidité, dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et...), couleur, poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...), rigidité et forme.
En général, pour une application donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...), plusieurs matériaux ou combinaisons de matériaux sont susceptibles de répondre au cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base...). Le concepteur (Un concepteur est une personne qui imagine et réalise quelque chose. Ce mot vient du verbe...), l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) et l'architecte (L'architecte est le professionnel du bâtiment dont la fonction est de concevoir et de diriger...) sont donc amenés à rechercher le meilleur rapport coût/fonctions remplies.
L'ingénierie technique a pour objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de transformer un produit brut en un produit possédant une fonction souhaitée par l'utilisateur. Cette transformation, ici la conception mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...), est sujette à 4 interactions fondamentales :
La "fonction de service" est modélisée sous la forme d'un "système technique" qui représente chaque petite partie d'un mécanisme. Elle est issue d'un cahier des charges. On fait ensuite appel à une "analyse de la valeur (L'analyse de la valeur (AV) est une méthode née aux USA juste à la fin de la deuxième guerre...)" de chacune des parties afin d'évaluer les objectifs d'optimisation.
L'ingénierie des matériaux s'intéresse aux propriétés mécaniques (résistance des matériaux), à leur comportement sous l'action de forces et contraintes extérieures. Pour cela, on dispose d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de lois de la physique que l'on appelle Lois de comportement (de la statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...), de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...)...). En résistance des matériaux (La résistance des matériaux, aussi appelée RDM, est une discipline particulière...), la géométrie intervient toujours dans ces lois de comportement. L'ingénierie des matériaux s'intéresse maintenant de façon courante aux autres caractéristiques : physiques, thermiques, électriques, environnementales, sécuritaires et économiques.
Enfin, comme il faut transformer le matériau, la prise en compte du procédé est incontournable. La difficulté à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) est qu'il en existe de nombreux et dont les caractéristiques sont très différentes : mouler, extruder, souffler ; usiner à la fraise, au fil, à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), au laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...), à l'acide ; meuler, polir, éroder, électroformer ; forger, couler, fritter ; découper, emboutir...
Dans chacune de ces étapes, le matériau est central, car il est, in fine, l'objet ou le support d'un service.
On recense environ 80 000 matériaux utilisés en constructions diverses et, pour mieux se repérer, les matériaux sont souvent regroupés en six à huit familles (selon les références) :
Pour des besoins de distinction des propriétés spécifiques et/ou d'une garantie sur ces propriétés, certaines références distinguent les céramiques poreuses (béton, briques), les polymères techniques (PMMA)…, ou même la destination de leur usage (normes américaines AISI, ASTM, internationales ISO, européennes EN…), ou encore la performance qu'apporte le matériau à la fonction souhaitée.
Pour éviter une distinction en classes et en sous-classes moyennement fructueuse (car redondantes entre les systèmes), des outils de sélection des matériaux (CES3 de Cambridge, FuzzyMat de Grenoble…) ont été élaborés. Ils permettent d'intégrer aisément les nouvelles avancées de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) en nanomatériaux et d'intégrer leurs propriétés physiques (microscopiques) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait particulières ainsi que leur condition de transformation. Ils permettent d'intégrer la contrainte (ou fonction) environnementale d'une manière dynamique plutôt que réglementaire.
En général, on différencie les matériaux ductiles et les matériaux fragiles et un grand nombre de lois bien connues de la mécanique s'appliquent. Le cas des polymères est un cas à part, car à température ambiante, on peut avoir différents états de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et donc différentes lois applicables selon la nature du polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...). En effet, à température ambiante ou à quelques dizaines de degrés Celsius, on peut rencontrer l'état fondu, caoutchoutique, vitreux ou semi-cristallin. Ce n'est pas le cas des métaux qui sont plutôt stables à quelques centaines de degrés près. Pour étudier avec suffisamment de certitude la bonne utilisation d'un polymère, on considère tout d'abord les 2 grandes catégories, où les élastomères sont inclus :
Pour une utilisation technique (calcul et caractéristiques physiques), on classe les polymères selon les caractéristiques de leurs monomères (molécule primaire du poly-mère avant réticulation) :
Cette classification peut paraître indigeste, mais les distinctions à l'échelle microscopiques sont les suivantes :