CHAPITRE
Plan
1Cycle de vie des matériaux
A) Je connais les principaux types de matériaux
- matériaux métalliques : matériaux contenant des éléments métalliques dans leur composition
- propriétés physico-chimiques :
- bons conducteurs du courant électrique
- bons conducteurs de chaleur
- température de fusion élevée
- parfois altérablse à l’air (corrosion)
- ex. : le fer, le cuivre, l’aluminium, etc.
- propriétés physico-chimiques :
- matériaux organiques : matériaux contenant l'élément carbone
- propriétés physico-chimiques :
- bons combustibles
- mauvais conducteurs du courant électrique
- mauvais conducteurs de chaleur
- ex. : le bois, le pétrole, le charbon, etc.
- propriétés physico-chimiques :
- Matériaux céramiques : matériaux dont l’élément de base est la silice (sable)
- propriétés physico-chimiques :
- température de fusion très élevée
- mauvais conducteurs de chaleur
- bons isolants électriques
- non altérables à l’air
- ex. : le verre, la porcelaine, etc.
- propriétés physico-chimiques :
- matériaux métalliques : matériaux contenant des éléments métalliques dans leur composition
B) Je connais le principe de cycle de vie des matériaux
- élaboration des matériaux :
- extraction depuis le milieu naturel
- synthèse à partir de matières premières
- corrosion et protection des métaux :
- corrosion d'un métal : altération de ce métal par un oxydant (très souvent le dioxygène de l’air). Ex. : sous l'effet de la vapeur d’eau et du dioxygène, le fer se transforme en un mélange d'oxydes de fer et d'hydroxydes de fer, appelé la rouille
- protection du fer :
- dépôt d'une couche de zinc par électrolyse (électrozingage) qui permet de protéger le fer ; le dioxygène oxydant plus le zinc que le fer
- utilisation d’huile, de graisse, de peintures spécialisées en créant une couche imperméable à l’air
- recyclage des matériaux : procédé de traitement des déchets qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui composaient un produit similaire arrivé en fin de vie
- élimination des matériaux : les matériaux non recyclables sont incinérés pour récupérer de l'énergie, ou enfouis sous terre
- élaboration des matériaux :
2Structure et propriétés des matériaux
A) Je sais distinguer conducteurs et isolants électriques
- conducteur électrique : matériau dont les électrons externes sont peu liés au noyau de l’atome et peuvent donc transmettre le courant électrique en se déplaçant librement dans le solide.
- isolant électrique : matériau ne contenant pas d'électrons libres
- remarques :
- semi-conducteur : a une conductivité qui augmente avec la température
- supraconducteur : a une résistance électrique nulle en dessous d’une certaine température critique
- diode : composant électrique ne laissant passer le courant que dans un sens
- réalisée par jonction de deux semi-conducteurs
B) Je connais les propriétés physiques des matériaux photovoltaïques
- matériaux photovoltaïques : convertisseurs de lumière en courant électrique
- utilisation des cellules photovoltaïques :
- source d’énergie = énergie lumineuse solaire inépuisable
- cellules photovoltaïques = faible rendement énergétique
- rendement énergétique d’une cellule photovoltaïque :
- η=PlumPmax
- Pmax = puissance électrique maximale générée par la cellule
- Plum = puissance lumineuse reçue par la cellule
- puissance électrique :
- P=U×I
- U : tension électrique aux bornes de la cellule (en V)
- I : intensité du courant traversant la cellule (en A)
- puissance lumineuse :
- Plum=E×S
- E : éclairement de la cellule, exprimée en W.m-2
- S : surface de la cellule, exprimée en m²
C) Je connais les propriétés physiques des cristaux liquides
- cristaux liquides : matériaux qui se trouvent dans un état intermédiaire entre l'état liquide et l'état solide
- propriétés physiques :
- combinent des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé
- leurs propriétés optiques particulières notamment expliquent leur grande utilisation dans les téléviseurs ou les écrans d'ordinateurs
D) Je connais les propriétés chimiques des tensioactifs et des colles/adhésifs
- tensioactifs : molécules composées de deux parties de polarités différentes :
- l’une hydrophile : polaire et donc miscible à l’eau
- l’autre hydrophobe (ou lipophile) : qui retient les matières grasses (ex. : tache)
- les savons et détergents contiennent des tensioactifs
- colles et adhésifs : matériaux déformables dont la composition chimique permet de faire adhérer entre eux deux autres matériaux
- tensioactifs : molécules composées de deux parties de polarités différentes :
3Les nouveaux matériaux
A) Je sais ce que sont des nanomatériaux
- nanomatériaux : matériaux composés d'un assemblage de nanoparticules, c'est-à-dire de particules dont la taille est comprise entre 1 et 100 nm
- utilisation :
- les nanomatériaux tels que les nanotubes : forte résistance mécanique, grande légèreté, etc.
- très utilisés dans le sport de haut niveau (clubs de golf, raquette de tennis, etc.)
B) Je sais ce que sont des matériaux composites
- matériaux composites : assemblage d'au moins deux composants dont les propriétés se complètent
- permet d'obtenir un matériau très performant
- utilisation :
- l’industrie aéronautique utilise beaucoup le mélange de « fibre de verre » (ou de « fibre de carbone ») avec des résines plastiques (type époxys)
- ces matériaux composites sont légers et très résistants
- matériaux composites : assemblage d'au moins deux composants dont les propriétés se complètent
C) Je sais ce que sont les céramiques, verres et matériaux bio-compatibles
- verres et céramiques : solides relativement inertes chimiquement
- obtenus par fusion puis refroidissement rapide d'un mélange de silice
- matériaux bio-compatibles (ou biomatériaux) : matériaux qui n'interfèrent pas sur l'environnement biologique dans lequel on les utilise
- utilisation : principalement pour le matériel médical en contact direct avec les tissus et fluides internes du corps (les sondes, les seringues, les prothèses, etc.)
- ex. : le titane est un des matériaux les plus biocompatibles, utilisé notamment pour les prothèses et les implants osseux
- verres et céramiques : solides relativement inertes chimiquement
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