Les matériaux métalliques
Objectifs
- Identifier les propriétés communes à tous les métaux.
- Distinguer les principales familles de métaux (ferreux et non ferreux).
- Associer des métaux courants à leurs utilisations en justifiant le choix par leurs propriétés.
Introduction
Regardez autour de vous : les ciseaux sur votre table, les charnières de la porte, les structures du gymnase. Beaucoup d'objets sont fabriqués à partir de métaux. Mais qu'est-ce qui rend un matériau 'métallique' ? Et pourquoi utilise-t-on du fer pour une structure, de l'aluminium pour une canette et du cuivre pour les fils électriques ?
Comment identifier et classer les principaux matériaux métalliques, et comprendre pourquoi on les choisit pour des usages spécifiques ?
Qu'est-ce qu'un matériau métallique ?
Un matériau métallique est un matériau généralement extrait de minerais présents dans le sous-sol de la Terre. Il possède des propriétés caractéristiques qui le distinguent des autres familles comme le bois ou les plastiques. La première propriété est la conductivité : les métaux conduisent bien la chaleur (une cuillère en métal dans une soupe chaude devient brûlante) et l'électricité (c'est pourquoi les fils électriques ont une âme en cuivre). Une autre propriété essentielle est la brillance : les métaux ont un aspect brillant et réfléchissant quand ils sont polis (comme un miroir ou une pièce de monnaie). Ils sont aussi généralement durs et résistants, ce qui permet de construire des objets solides comme des ponts ou des outils. Enfin, la plupart des métaux sont malléables (on peut les aplatir en feuilles minces comme le papier d'aluminium) et ductiles (on peut les étirer en fils fins). Attention, tous les métaux ne possèdent pas toutes ces propriétés au même degré, et certains, comme le mercure, sont liquides à température ambiante !
Points clés
- Conducteurs de chaleur et d'électricité.
- Aspect brillant (éclat métallique).
- Généralement durs, malléables et ductiles.
Les deux grandes familles : les métaux ferreux et non ferreux
Pour s'y retrouver parmi tous les métaux, on les classe en deux grandes familles. La première est la famille des métaux FERREUX. Leur point commun ? Ils contiennent du fer (symbole chimique Fe). L'exemple le plus connu est l'acier, qui est en réalité un alliage (un mélange) de fer et d'une petite quantité de carbone. Les métaux ferreux sont très résistants et peu coûteux, ce qui explique qu'on les utilise pour les structures de bâtiments, les carrosseries de voitures ou les outils. Leur gros défaut ? Ils sont sensibles à la rouille (oxydation) s'ils ne sont pas protégés par de la peinture ou un autre métal. La deuxième grande famille est celle des métaux NON FERREUX. Ils ne contiennent pas de fer (ou très peu). On y trouve des métaux très courants comme l'aluminium (léger, résistant à la corrosion, utilisé pour les avions, les canettes), le cuivre (excellent conducteur, utilisé pour les câbles électriques et les tuyaux), le zinc (souvent utilisé pour protéger l'acier contre la rouille, c'est la galvanisation) et le plomb (très dense, autrefois utilisé pour les canalisations). Chacun a des propriétés uniques qui dictent son usage.
Points clés
- Métaux ferreux : contiennent du fer (ex. : acier). Très résistants mais peuvent rouiller.
- Métaux non ferreux : ne contiennent pas de fer (ex. : aluminium, cuivre). Propriétés variées (léger, conducteur...).
- Un alliage est un mélange de plusieurs métaux, ou d'un métal et d'un autre élément, pour obtenir de meilleures propriétés.
Applications pratiques
Dans la vie de tous les jours, le choix d'un métal n'est pas fait au hasard. Prenons un vélo. Le cadre est souvent en aluminium allié car il est léger (pour faciliter le pédalage) et résistant à la corrosion (pour ne pas rouiller sous la pluie). Les rayons des roues peuvent être en acier inoxydable (un alliage ferreux qui ne rouille pas) pour leur solidité. La chaîne, elle, est en acier trempé, un métal ferreux très dur pour résister à l'usure. Pour les câbles de freins, on utilise des fils d'acier pour leur résistance à la traction. Autre exemple : une poêle à frire. Le fond est souvent en aluminium car il conduit très bien la chaleur et la répartit uniformément. La poignée peut être en acier inoxydable, mais parfois recouverte de plastique (un matériau isolant) pour ne pas se brûler les mains. Ces exemples montrent que l'on combine souvent plusieurs matériaux, y compris des métaux de familles différentes, pour créer un objet optimisé.
Points clés
- Le choix d'un métal dépend de ses propriétés et de la fonction de l'objet (léger, conducteur, résistant...).
- Les objets complexes combinent souvent plusieurs matériaux (métaux et non-métaux) pour tirer parti des avantages de chacun.
- Exemple d'analyse : un cadre de vélo en aluminium (léger, résistant à la corrosion), une chaîne en acier (très dur).
À retenir
Les matériaux métalliques se reconnaissent à leurs propriétés communes : conductivité, brillance, dureté, malléabilité et ductilité. On les classe en deux grandes familles : les métaux ferreux (contenant du fer, comme l'acier, résistants mais sensibles à la rouille) et les métaux non ferreux (sans fer, comme l'aluminium et le cuivre, aux propriétés variées). Le choix d'un métal pour fabriquer un objet dépend de ses propriétés spécifiques et de la fonction technique attendue.
- Tous les métaux conduisent la chaleur et l'électricité et ont un éclat brillant.
- La principale différence est la présence (ferreux) ou l'absence (non ferreux) de fer.
- On choisit un métal selon ses propriétés pour répondre à un besoin technique précis.
