Les composites, ou matériaux composites, est un assemblage de différents matériaux. Généralement, il est composé de renforts (fibres) dans une matrice (liant). Le plus souvent, l’assemblage dispose de nouvelles propriétés mécaniques performantes que les matériaux de base ne possédaient pas eux-mêmes…

Partant de là, on peut par exemple dire que le bois est le premier des matériaux composites (cellulose et lignine) à avoir été utilisé et est toujours massivement présent dans nos constructions et produits.

Les composites les plus connus

Comme expliqué précédemment, le bois est le matériau composite naturel par excellence. Il propose des propriétés bien particulières liées à sa structure: lire l’article du blog sur le bois.

Le béton armé est un des matériaux composites les plus utilisés. Principalement présent dans la construction il lie les propriétés de compression du béton et de traction des barres d’acier. Le béton joue donc le rôle de matrice dans cette composition. A noté aussi, le béton fibré est un composite à base de béton avec des fibres de verre.

Pour ce qui est des composites que nous connaissons le plus, il y a la fibre de verre. Surement la plus utilisée, elle présente un report qualité mécanique / coût très intéressant. On l’utilise dans différents domaines industriels comme le transport, le nautisme, différentes structures, l’ameublement…

Plus technique, la fibre de carbone présente des propriétés mécaniques plus intéressantes avec une moindre densité. Plus couteuse elle est donc utilisée sur des secteurs économiques plus spécialisés comme le spatiale et l’aéronautique, la compétition sportive ou les transports. Même si son usage se démocratise, son coût reste supérieur à celui de la fibre de verre.

La fibre d’aramide est moins connue car elle s’adresse à des applications particulières : la balistique. Aussi appelée Kevlar sous marque commerciale, elle sert à protéger des impacts de projectiles. Cette fibre présente la particularité d’être très difficilement déchirable ou cassable. Ainsi lorsqu’un projectile arrive sur un tressage de cette fibre, il perd son énergie en essayant de passer entre les fibres. Il est généralement arrêté. Ces fibres peuvent être mixées avec des fibres de verre pour en augmenter la solidité en gardant la déformation pour certains usages.

Mises en œuvre de la matrice et de la fibre

Ces dernières fibres sont majoritairement utilisées sous trois formes :

• En mat (fibres en vrac) que l’on trouve sous forme de plaques
• Tressée que l’on trouve aussi sous forme de plaques
• En projection, s’il s’agit de fibres courtes

Néanmoins, il existe d’autres manières de travailler les fibres dans un composite. Pour une meilleure structuration, on les aligne dans le sens voulu pour l’usage de la pièce. Ainsi, les fibres peuvent être enroulées (enroulement filamentaire) pour former des silos ou des tubes. Elles peuvent être extrudées (pultrusion) pour des pièces avec une section constante.

La fin de vie des pièces en matériaux composites

Ces matériaux ont pour but de se lier pour augmenter leurs propriétés. Ainsi, il est plus ou moins difficile de séparer les différents composants de cette nouvelle matière pour les recycler. Dans le cas du bois, ce n’est pas vraiment un problème, dans le cas du béton armé il faut trier les déchets lors de la déconstruction des bâtiments. Le plus compliqué reste pour les autres types de composites…

On peut voir de plus en plus de matériaux composites avec des fibres d’origines naturelles. Mais la plupart du temps réalisés à base de matrices classiques thermodurcissables (polyester ou époxyde) et ces matériaux sont difficilement recyclables et ne sont pas biodégradables. Pour ce faire, il faudrait utiliser des matrices biodégradables ce qui n’est toujours pas au point pour un usage industriel. On commence à voir apparaitre des voitures électriques de grande série avec un châssis en fibre de carbone. Cela permet une réduction de la consommation et ainsi une meilleure autonomie des batteries. Le concept est intéressant mais comment vieilliront ces modèles et comment les constructeurs gèrent-il la fin de vie de ces véhicules?

C’est quoi le plastique, enfin les plastiques?

Où que l’on regarde, il est présent, voir omniprésent. De nombreux domaines utilisent le plastique. Pourtant il existe de nombreux plastiques avec des propriétés, des contraintes et un impact sur l’environnement bien différent.

Le terme « plastique » provient du grec, on peut aussi parler de quelque chose avec des propriétés plastiques. Dans les deux cas on évoque la capacité du matériau à être malléable, modelé. Les plastiques sont des matériaux synthétiques (voir semi-synthétiques) souvent produit à partir de matériaux naturels (principalement à partir de pétrole brut). Ce sont principalement des polymères de synthèse auxquels on ajoute des additifs chimiques pour changer leurs natures et obtenir des propriétés bien particulières : couleur, rigidité, souplesse…

Dans la mise en œuvre on peut parler de deux grandes catégories de plastiques : les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les thermoplastiques peuvent être refondus après leur première mise en forme tandis que les thermodurcissables, par les changements chimiques qu’ils subissent, n’en sont pas capable. On peut aussi parler d’une troisième classe : les élastomères qui ont un comportement de thermoplastique ou de thermodurcissable selon leurs traitements

Pourquoi autant de plastique autour de nous…

Les plastiques sont des matériaux extrêmement polyvalents. C’est, entre autre, pour cette raison que l’industrie est un grand consommateur de cette matière. Outre son prix, les plastiques ont une bonne tenu et peuvent être travaillés de très nombreuses manières. Les plastiques se moulent, se plient, se coupent, s’extrudent, se moussent, s’usinent, se filent… De plus, il existe un plastique pour chaque usage, il n’existe parfois même que les plastiques pour réunir certaines propriétés ensemble : transparence et résistance aux chocs par exemple…

Dans l’automobile il est utilisé sous de nombreuses formes. Dans cet univers, les équipementiers apprécient autant sa légèreté que la capacité à lui donner de nombreux aspects de surface.

Quelques plastiques

Il existe de très nombreux plastiques. En effet, chaque fabricant de matière première va proposer un mélange spécifique de polymère synthétique, de charge, d’additifs et de plastifiants. Nous connaissons quelques nom commerciaux de matières appartenant à des industriels : Bakélite, Corian, Skaï, Kevlar, Nylon, Plexyglas…

Les thermoplastiques :

• PE (Polyéthylène) : coût, inertie chimique, résistant à froid
  • LDPE : Alimentaire (film, sachet…), revêtement électrique, sacs industriels…
  • HDPE : Caisses et boites, bouteilles et flacons…
• PP (Polypropylene) : légèreté, résistance thermique, solide et flexible
  • Pots de yaourt, récipient four et micro-onde, moquette, mobilier, ustensiles de cuisine…
• PS (Polystyrène) : Transparence, légèreté, coût
  • PSE : Calage de produit, construction…
  • PS « cristal » : Règle de bureau, boite de CD…
• ABS (Acrylonitrile-Butabiène-Styrène) : résistance à la rayure, aspect, rigidité, marquage
  • Pièces d’aspect : Automobile, ameublement, décoration
• PMMA (Polyméthacrylate de Méthyle) : Transparence, résistance, tenue UV
  • Optique, automobile, médical, vitrage
• PET (Polyéthylène Téréphtalate) : principalement bouteille en plastique
• PA (Polyamide), PA6 : Souvent appelé Nylon, usage industriel, revêtements…
• PC (polycarbonate) : résistance aux flammes, à la température et aux chocs, transparence
  • Interface de produit, phares, lentilles…
• PVC (Polychlorure de vinyle) : Tuyaux principalement

Les Thermodurcissables :

• EP (polyépoxydes), aussi appelé Epoxy : Colles, peintures, matériaux composites…
• PF (Phénoplaste), La Bakélite par exemple : poignées noires des casseroles
• PUR (polyuréthane) mousse pour l’ameublement, colles, textiles…
• UP (polyester) Fibre textile

Le plastique est-ce vraiment fantastique?

Encore très largement utilisé dans notre quotidien, il restera encore bien utilisé dans les années à venir car il n’existe pas vraiment de matériaux avec ces propriétés et nos habitudes actuelles nécessitent son usage sous de nombreuses formes.

Si tous les thermoplastiques peuvent être refondus et sont théoriquement recyclables, ils ne le sont pas dans les faits car des additifs et des charges sont présents dans les mélanges. La filière du recyclage dans le plastique prend principalement en compte le PET et le HDPE. Les autres sont enfouis ou incinérés . Lors de cette phase de déchets, le plastique est réellement problématique car il est long à se dégrader et dégage de nombreuses matières dangereuses et problématiques pour la santé animal et humaine.

Il existe pour palier à ces problèmes des bio-plastiques (d’origine renouvelable et biodégradable) comme par exemple le PLA utilisé dans les imprimantes 3D à dépose de fils. Les fabricants proposent aussi des bio-PET et Bio-PE pour différents usages.

Néanmoins une bonne manière de pallier aux problèmes que génèrent les plastiques est d’en réduire progressivement l’usage par la réduction des emballages ou des produits plus durables.

Sources : Plasticseurope, Plastisem, Wikipédia, Paprec, et Connaissances personnelles.

Comment se caractérise un métal ?

Les métaux composent une famille large d’éléments chimiques. C’est ainsi la famille qui contient le plus d’éléments du tableau périodique. Les métaux se trouvent, pour une grande majorité, dans la nature sous forme de minerais (oxyde, sulfate ou autre) : la Bauxite (minerai d’aluminium), l’hématite et la magnétite (minerais de fer), la chalcopyrite (minerai de cuivre)… Il est aussi possible de trouver des métaux sous forme native grâce aux météorites arrivées sur terre.

Même si tout les métaux font parti d’une même famille, ils ne sont pas semblables, ils ont, en effet, des propriétés et des caractéristiques qui peuvent être bien différentes les uns par rapport aux autres. Néanmoins, tous se caractérisent par des liaisons métalliques qui sont à l’origine des propriétés mécaniques particulières des métaux : ductilité, déformation plastique, brillance…

De nombreux métaux bruts et alliages…

Chaque métal présente des avantages et des inconvénients. L’argent est le meilleur conducteur, le lithium est le plus léger, tandis que le fer, le cobalt et le nickel sont ferromagnétiques. Pour utiliser au mieux leurs propriétés sans subir les points négatifs, ils sont souvent la base d’alliages. Le fer et l’Aluminium sont les plus utilisés. Le fer associé au carbone donne l’acier présent partout dans notre quotidien. L’aluminium est quasiment toujours allié pour changer ses propriétés mais reste une base apprécié pour sa faible densité.

Le bronze est ainsi un alliage de cuivre et d’étain, le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, l’inox est un alliage de fer et de chrome avec du carbone.

Certain métaux ont des propriétés particulièrement étonnantes : le magnésium est inflammable (ancien flash photographique), le potassium est explosif (en présence d’eau), Le mercure est toxique et liquide (à température ambiante).

La mise en œuvre des métaux?

Grâce à leurs diverses propriétés et la possibilité de les allier, les métaux possèdent de grand champs d’usage possibles, ce qui permet de les utiliser partout sous diverses formes. Pour la fabrication, Il est possible de les mettre en forme via de nombreux procédés :

• à froid : pliage, roulage, poinçonnage, découpe, emboutissage, lamage, usinage (voir L’impression 3D…) …
• à chaude : soudage, coulage, déformation, forgeage…

Chaque moyen de travailler le métal va permettre de transformer un peu plus les propriétés mécaniques des pièces. Ainsi la forge renforce la solidité des pièces en créant un fibrage, la trempe renforce la surface du matériau tandis que l’usinage permet une grande précision dimensionnelle pour les zones techniques ou d’assemblage.

Le bois c’est quoi ?

Le bois qui compose nos meubles, par exemple, n’est qu’une partie du tronc de l’arbre duquel il provient. En effet, c’est la partie exploitable appelée le duramen, sachant que l’aubier et le reste de la partie extérieure est plus difficilement exploitable.

Ce matériau naturel n’est pas toujours parfait, il présente des nœuds et peut être malade. Il est composé de cellulose et de lignine. Il peut ainsi être considéré comme un matériau composite (fibres et liant).

Ses propriétés et ses avantages

Couramment utilisé, il a un coût accessible et une mise en œuvre simple, ne nécessitant pas de gros investissement. Sachant que le matériau est fibreux, il est important de le travailler dans le sens de la fibre. Ainsi le matériau utilisera au maximum ses propriétés mécaniques (résistance). Il peut être coupé, usiné, sculpté, cintré, tourné, assemblé…

Généralement, le matériau est assez léger même si sa densité peut varier du simple au triple en fonction de l’espèce utilisée (voir l’article sur les bois qui coulent). La densité a un impact direct sur la rigidité et sur l’usage du matériau. En effet, les espèces denses vont avoir des cernes plus resserrées. Ces dernières pourront être utilisées pour des travaux fins (meuble, marqueterie, sculpture). Tandis que d’autres bois, moins denses, resteront plus accessible, mais seront plus grossier (utilisé en BTP, meubles de la grande distribution, chauffage).

Comment l’utiliser?

Le bois est principalement utilisé en planches assemblées. Mais attention, toutes les essences ne se valent pas, le massif est par exemple bien plus rigide que des bois reconstitués (aggloméré ou MDF). Néanmoins, le massif évolue dans le temps, c’est pour ça qu’il est généralement à traiter (lasure, peinture, cire, vernis). Au fur et à mesure du temps, l’Homme a su tirer le meilleur de cette matière en créant de nouvelle manière de l’utiliser. (Voir l’article sur Alvar Aalto)

L’ivoire végétal

Qu’est ce que c’est?

C’est lors d’un reportage à la télévision que j’ai découvert ce que l’on nomme « l’ivoire végétal » ou Tagua.
Cette matière est l’albumen (réserve nutritive de la graine) du fruit du « palmier à ivoire ». Elle est principalement originaire d’Amérique tropicale.
Le fruit qui produit cette matière est très peu utilisé car il ne reste consommable que très peu de temps (quelques heures). Une fois séparé de l’arbre, le fruit commence sa phase de séchage et la pulpe sucrée et gélatineuse à la base va commencer à durcir. Ensuite, elle deviendra ensuite une matière dure et extrêmement semblable à de l’ivoire en texture et en couleur.

L’histoire du Tagua

C’est il y a plus de 200 ans que des botanistes espagnols découvrent cette matière utilisée par les indiens quechuas pour la création d’objets. Depuis assez peu de temps (quelques dizaines d’années), Nous redécouvrons cette matière remplacée peu à peu par le plastique. Aujourd’hui, elle est utilisée principalement pour la fabrication de touche de piano, de manche de couteau ou même de bijoux.

Cette matière peu présenter une réelle alternative à l’ivoire animal car elle est renouvelable et chaque arbre produit l’équivalent du poids des défenses d’un éléphant adulte.
Merci à silence ça pouce pour cette découverte!

Sources : silence ça pousse, ivoire-vegetal, Wikipedia

les cuirs végétaux

Le cuir animal

Quand on parle de cuir on pense assez souvent à la peau du bœuf, pourtant ce n’est pas la seule utilisée. Il existe du cuir de cheveux, de porc, de crocodile, d’autruche ou même de poisson tel que le saumon.
Si de nombreuses critiques s’élèvent contre l’usage du cuir, toutefois, la peau de certains animaux n’est pas toujours valorisée (comme celles des poissons).

Pour arriver à un produit utilisable

La peau animale nécessite un ou plusieurs traitements pour être stable et utilisable.
La principale étape est le tannage qui vise à déshydrater le matériau pour le rendre imputrescible. Là aussi de nombreuses critiques peuvent être formulées. Car même si les tannages végétaux et minéraux existent (impact limité sur l’environnement et les hommes), le tannage au chrome représente 80% des cas pour une question de coût sachant que cela présente de grands problèmes écologiques et humains.

De nouveaux matériaux nommés « cuir »

Pas réellement du « cuir » sachant que ce n’est pas de la peau animale, de nouveaux matériaux arrivent pour proposer une alternative végétale au cuir.
Ces cuirs proviennent de divers horizons, peaux de champignons, algues, feuilles d’ananas ou même fibres de raisin (marc issu de la production de vin). Et c’est ce dernier que j’ai découvert récemment, Vegeatextile®.

Une alternative réelle

Vegeatextile® est, issu des déchets de la production du vin (fibres des noyaux et des peaux). Sa résistance permet un usage dans divers domaines comme la mode, l’ameublement ou l’automobile.
En quelques chiffres, si VEGEA récupère les 7 milliards de kilos de marc (sur 26 milliards de litres de vin italien produits par an) elle pourra créer 3 milliards de mètres carrés de cuir soit 3m² pour 7kg de déchet!

Sources : Silence ça pousse, Cuir de poisson, Traitement du cuir, VEGEA

La densité

Si l’on peut admettre que généralement le bois flotte, cette proposition n’est pas toujours vraie!
En prenant des conditions de température et de pression courante, l’eau a une masse volumique d’environ 1000kg/m3.
La grande majorité des bois sec (12% d’humidité) que nous utilisons présentent une masse volumique inférieure les faisant flotter, néanmoins certains ont une masse volumique supérieure. Dans ce dernier cas, ils coulent…

Les bois de fer

C’est le cas de l’Azobé (1100Kg/m3), de l’Ébène (1200Kg/m3), de l’amourette (1200Kg/m3) ou encore le Gaïac (1400Kg/m3).
Ces essences souvent surnommées « bois de fer », ont une structure fibreuse interne plus dense les rendant plus résistant mais aussi plus dure à travailler. Ils sont généralement plus couteux. Ces matériaux sont utilisés en ébénisterie, marqueterie, lutherie ou même pour l’accastillage (petites pièces de bateau).