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Chapitre 1:             Choix d’un matériaux12/03/2013          Science des matériaux   6
Campus centre                 Choix d’un matériaux• Le choix dun matériau dépend de  lapplication. Il faut définir précisé...
Pourquoi le besoin existe-t-il ?    Quest-ce qui peut le faire évoluer ?    Quest-ce qui peut le faire disparaître ?12/03/...
Campus centre                 Choix d’un matériaux   • Méthode APTE : diagramme pieuvre                                   ...
Campus centre                           Stratégie de choix• Méthode de M. F. Ashby et D. Cebon de  lUniversité de Cambridg...
Campus centre                 Classes des matériaux• Il y a trois classes de matériaux :     Métaux et alliages           ...
Campus centre                 Classe des matériauxMétaux et alliages                            Exemples :Polymères       ...
Campus centre                 Différence entre Propriétés et                         PerformancesPropriétés mécaniquesProp...
Différence entre Propriétés et Campus centre                         PerformancesPerformancestechniquesPerformancessocio-é...
Propriétés Générales Campus centre                   des Matériaux                     Métaux                Céramiques   ...
Campus centre                          Quelques chiffres• Répartition mondiale de la consommation des  principaux matériau...
Campus centre                 Recyclage12/03/2013        Science des matériaux   17
Campus centre                               Recyclage• Intérêt :       – Préserver les ressources naturelles et éviter les...
Campus centre                     Chapitre 2:             Les Propriétés des matériaux12/03/2013              Science des ...
Campus centre                 Introduction6 grandes catégories de propriétés•Mécaniques•Électriques•Thermiques•Magnétiques...
Campus centre                 Les propriétés MécaniquesElles concernent la déformation d’un matériau  soumis à une force• ...
Campus centre                 Les propriétés Mécaniques• Quand un corps est soumis à l’action de forces  extérieures      ...
Campus centre                 Essai de traction• Essais normalisés• Pour étudier le comportement mécanique des  matériaux ...
Campus centre                 Essai de traction• Tirer sur une éprouvette• Enregistrer la force et l’allongement de  l’épr...
Campus centre                   Essai de traction• Distinguer les notions de résistance , de fragilité  et de dureté.• Un ...
Campus centre                                          Essai de traction• Courbe de traction:                  Rm         ...
Campus centre                        Essai de traction• La surface S est soumise à une contrainte  normale de traction :  ...
Campus centre                 Essai de traction• Propriétés élastiques : La déformation élastique est réversible Les déf...
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Campus centre                 Autres essais mécaniques• Essai de dureté       – Essai de Vickers       – Essai de Brinell ...
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Essai de flexion     Campus centre                                choc CHARPYCet essai consiste à rompre une éprouvette en...
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  1. 1. Campus centre Science des Matériaux Cours de tronc commun12/03/2013 Science des matériaux 1
  2. 2. Campus centre Objectifs• Connaître les principaux groupes de matériaux et leurs propriétés.• Avoir des notions sur la structure de la matière• Avoir des notions sur la manière dont on élabore les matériaux.• Etre capable de choisir un matériau pour une utilisation dordre générale.12/03/2013 Science des matériaux 2
  3. 3. Campus centre Histoire de la métallurgie •Léchelle des temps synthétise les principales avancées en métallurgie. •Les matériaux sont en général le facteur limitant des machines définissent le niveau de développement de l’humanité.•âge de pierre, puis de bronze, puis de fer•maîtrise de l’acier: trains, automobile, …•maîtrise des semi-conducteurs: informatique•moitié de la recherche du programme Apollo : 12/03/2013matériaux nouveaux Science des matériaux 3
  4. 4. Campus centre Généralités• Matériau = est un solide utilisé par l’homme pour lafabrication d’objets• La science des matériaux est l’étude des relations quiexistent entre la structure et les propriétés générales deces matériaux• La structure d’un matériau correspond à la façon donts’agencent ses éléments constitutifs Échelle subatomique Échelle atomique Échelle Échelle microscopique 12/03/2013 Science des matériaux macroscopique 4
  5. 5. Campus centre Généralités• L’utilisation d’un matériau dépend : • de ses propriétés • de ses ressources • de son coût • des méthodes de synthèse • de sa compatibilité avec l’environnement • de la possibilité de mise en forme • de son aspect esthétique12/03/2013 Science des matériaux 5
  6. 6. Chapitre 1: Choix d’un matériaux12/03/2013 Science des matériaux 6
  7. 7. Campus centre Choix d’un matériaux• Le choix dun matériau dépend de lapplication. Il faut définir précisément le besoin. Cela fait appel à la notion de fonction :• cahier des charges fonctionnel (CDCF).• Méthode APTE : diagramme pieuvre, validation du besoin12/03/2013 Science des matériaux 7
  8. 8. Pourquoi le besoin existe-t-il ? Quest-ce qui peut le faire évoluer ? Quest-ce qui peut le faire disparaître ?12/03/2013 Science des matériaux 8
  9. 9. Campus centre Choix d’un matériaux • Méthode APTE : diagramme pieuvre Diagramme des interactions pour un produit ayant deux fonctions de service principales, FP1 et FP2, six fonctions contraintes ou complémentaires, FC1 à 612/03/2013 Science des matériaux 9
  10. 10. Campus centre Stratégie de choix• Méthode de M. F. Ashby et D. Cebon de lUniversité de Cambridge : • Traduction du cahier des charges. • Revue des matériaux, sélection en fonction des contraintes. • Classement des matériaux retenus en fonction des objectifs. • Consultation de la documentation sur les matériaux.12/03/2013 Science des matériaux 10
  11. 11. Campus centre Classes des matériaux• Il y a trois classes de matériaux : Métaux et alliages Céramiques Polymères métalliques Mélange Les matériaux composites12/03/2013 Science des matériaux 11
  12. 12. Campus centre Classe des matériauxMétaux et alliages Exemples :Polymères Exemples:Céramiques (matériaux minéraux) : Exemples:Composites Exemples:12/03/2013 Science des matériaux 12
  13. 13. Campus centre Différence entre Propriétés et PerformancesPropriétés mécaniquesPropriétés chimiquesPropriétés physiques12/03/2013 Science des matériaux 13
  14. 14. Différence entre Propriétés et Campus centre PerformancesPerformancestechniquesPerformancessocio-économiques12/03/2013 Science des matériaux 14
  15. 15. Propriétés Générales Campus centre des Matériaux Métaux Céramiques PolymèresRigiditéDuctilitéConductivitéélectriqueConductivitéthermiqueStabilité chimiqueImpactenvironnementalAspect12/03/2013 Science des matériaux 15
  16. 16. Campus centre Quelques chiffres• Répartition mondiale de la consommation des principaux matériaux en millions de tonnes/an: • Béton environ 5000 Mt/an • Aciers 1300 Mt/an • Polymères 150 Mt/an • Aluminium 22 Mt/an • Cuivre 12 Mt/an 12/03/2013 Science des matériaux 16
  17. 17. Campus centre Recyclage12/03/2013 Science des matériaux 17
  18. 18. Campus centre Recyclage• Intérêt : – Préserver les ressources naturelles et éviter les dommages dus à l’extraction – Economiser l’énergie – Eviter et la destruction• Recyclage actuel:• Acier• Cuivre• Aluminium• Papier• Verre• Certains polymères12/03/2013 Science des matériaux 18
  19. 19. Campus centre Chapitre 2: Les Propriétés des matériaux12/03/2013 Science des matériaux 19
  20. 20. Campus centre Introduction6 grandes catégories de propriétés•Mécaniques•Électriques•Thermiques•Magnétiques•Optiques•Chimiques12/03/2013 Science des matériaux 20
  21. 21. Campus centre Les propriétés MécaniquesElles concernent la déformation d’un matériau soumis à une force• La résistance• La dureté• La ductilité• La rigidité• La ténacité12/03/2013 Science des matériaux 21
  22. 22. Campus centre Les propriétés Mécaniques• Quand un corps est soumis à l’action de forces extérieures des contraintes internes s’établissent:• À ces contraintes sont associées des déformations12/03/2013 Science des matériaux 22
  23. 23. Campus centre Essai de traction• Essais normalisés• Pour étudier le comportement mécanique des matériaux il faut travailler avec des pièces identiques quelque soit le matériaux : Ce qu’on appelle les éprouvettes.12/03/2013 Science des matériaux 23
  24. 24. Campus centre Essai de traction• Tirer sur une éprouvette• Enregistrer la force et l’allongement de l’éprouvette.• Analyse de l’assai:12/03/2013 Science des matériaux 24
  25. 25. Campus centre Essai de traction• Distinguer les notions de résistance , de fragilité et de dureté.• Un matériau dur est souvent fragile : le verre• Les modes de déformation sont : – Elastique: La matière reprend sa forme initiale, la déformation est réversible – Plastique: La matière garde une déformation résiduelle et irréversible. – Striction: la matière se concentre dans un seul endroit et il y aura une rupture prochaine.12/03/2013 Science des matériaux 25
  26. 26. Campus centre Essai de traction• Courbe de traction: Rm C B D Re 0.2 Point de rupture A Re Contrainte (MPa) Domaine Domaine Plastique Elastique12/03/2013 O Science des matériaux 26 Déformation
  27. 27. Campus centre Essai de traction• La surface S est soumise à une contrainte normale de traction : Pour une traction simple , la contrainte est la même sur toute la surface SLa contrainte devient alors :12/03/2013 Science des matériaux 27
  28. 28. Campus centre Essai de traction• Propriétés élastiques : La déformation élastique est réversible Les déformations sont extrêmement petites (< 0,001) En première approximation, les longueurs et les surfaces restent constantes on ne distingue plus valeurs vraies et nominales12/03/2013 Science des matériaux 28
  29. 29. Campus centre Essai de traction• Propriétés élastiques :• La loi linéaire : σ = f(ɛ)• La loi de Hooke: σ = E.ɛ• Si E est élevée le matériau est rigide• Si E est faible alors le matériau est souple. Matériaux E(Gpa) Diamant 1000 Céramique 550 Méteaux 70-420 Béton 20 Elastomère 0.00312/03/2013 29 Science des matériaux
  30. 30. Campus centre Autres essais mécaniques• Essai de dureté – Essai de Vickers – Essai de Brinell – Essai de Rockwell• Essai de flexion de Charpy• Essai de fatigue• Essai de fluage• Coefficient d’adhérence et de frottement12/03/2013 Science des matériaux 30
  31. 31. Campus centre Essai de dureté• La dureté quantifie la résistance d’un matériau à la pénétration sous une charge F• Il ne permet pas de déterminer des caractéristiques fondamentales du matériau, mais il permet de comparer plusieurs matériaux entre eux, et de suivre lévolution dun matériau en cours de traitement• Elle dépend de : – Déformations élastiques et plastiques – Forces de frottement sur la surface du matériaux – Géométrie du pénétrateur – Force appliquée12/03/2013 Science des matériaux 31
  32. 32. . Campus centre Essai de dureté : essai de Vickers • Lessai VICKERS consiste à mesurer les dimensions d de lempreinte laissée par un pénétrateur pyramidal. Diamant de forme pyramidale à base carrée 12/03/2013 Science des matériaux 32
  33. 33. . Campus centre Essai de dureté : essai Brinell Lessai BRINELL est similaire à lessai VICKERS, mais le pénétrateur est une bille. La dureté HB est calculée en fonction de la force, du diamètre de le bille D et du diamètre de lempreinte d : 12/03/2013 Science des matériaux 33
  34. 34. Campus centre Essai de dureté : essai Rockwell• on effectue un pré chargement avec une force F0 ;• on applique une force supplémentaire F1 puis on la relâche ;• on regarde la profondeur r que lon a gagné. Un degré ROCKWELL correspond donc à un enfoncement de 0,002 mm.12/03/2013 Science des matériaux 34
  35. 35. Essai de flexion Campus centre choc CHARPYCet essai consiste à rompre une éprouvette entaillée par un choc. Il permet de tester le matériau dans des conditions de fragilisation : •vitesse de déformation élevée ; •concentrations de contrainte (éprouvette entaillée) ; •diverses conditions de température :comme cest un essai rapide, l’éprouvette na pas le temps de refroidir ni ne de se réchauffer. 12/03/2013 Science des matériaux 35

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