Matériaux – Cycle de vie – Terminale – Cours – PDF à imprimer

Cours de tles – Matériaux : cycle de vie – Terminale

• L’élaboration d’un matériau est régie par différents objectifs : propriétés, coût. De plus, un matériau vieillit lors de son usage et il faut le protéger contre ce vieillissement. Enfin, une fois usé, il est important d’optimiser le recyclage du matériau afin de limiter son impact environnemental.
• Le cycle de vie d’un produit industriel est décrit par 1a succession des étapes suivantes : analyse des besoins et cahier des charges conception du produit fabrication  vente et distribution  utilisation, consommation par le client  élimination ou valorisation.
• L’analyse d’un cycle de vie et la démarche d’écoconception visent à limiter l’impact du produit sur 1’environnement, en matière de consommation d’énergie, de matières premières, d’eau, de production de déchets… par l’utilisation de matériaux recyclables et une meilleure efficacité énergétique.
• L’analyse du cycle de vie (ACV) permet d’évaluer l’impact environnemental de l’ensemble des étapes de la vie d’un produit, depuis 1’extraction des matières premières jusqu’au dépôt et traitement des déchets (1SO 14040).
• Il faut prendre en compte l’ensemble des problèmes environnementaux liés à toutes les étapes.
• Le vieillissement des matériaux est l’évolution des propriétés physico-chimiques du matériau vers un état d’équilibre avec son environnement.

Définitions

Anode sacrificielle: pièce de métal réducteur (en général du zinc) placée au contact du métal à protéger pour être oxydée à sa place.

Corrosion: altération des propriétés d’un matériau due à son oxydation.

Elaboration: ensemble des étapes permettant de passer de la matière première au matériau fini.

Polymère : molécule formée par liaison de très nombreux monomères se répétant un grand nombre de fois.

Vieillissement des matériaux

• Le vieillissement des matériaux est l’évolution au cours du temps de leurs propriétés sous l’effet des contraintes mécaniques et thermiques qu’ils subissent lors de leur utilisation normale.

Contraintes mécaniques

• Les matériaux peuvent être soumis à différentes contraintes : traction, torsion, flexion, compression, flambage…
• Les essais en traction permettent de déterminer 1a limite élastiqued’une éprouvette d’un matériau soumise à deux forces opposées qui tendent à l’allonger.
• Le module d’Young : représente la pente de la partie élastique (linéaire).
• La contrainte s’exprime en pascal.
• L’allongement relatif est

Contraintes thermiques

• Les variations de température peuvent provoquer des changements de la structure microscopique des matériaux, une oxydation de surface… qui auront pour conséquence de modifier la résistance aux contraintes. Ces effets dépendent de l’amplitude des variations de température et de la nature de la matière : métaux ou alliages, matières plastiques, matériaux composites…
• L’un des effets de la température est de modifier les dimensions de l’objet : la plupart des matériaux se dilatent en se réchauffant et se contractent en refroidissant.
• La modification de la longueur s’exprime selon la loi : est le coefficient de dilatation linéaire (linéique) (°C^-l).

Corrosion et protection

• La corrosion est l’attaque destructive d’un métal, ou d’un alliage, par réaction chimique (oxydation) ou électrochimique avec son environnement (air, eau, atmosphères agressives…) qui altère ses propriétés mécaniques.

Oxydation atmosphérique

• L’oxygène de 1’air, les gaz oxydants comme le dioxyde de soufre, l’eau, les solutions acides (pluies acides) peuvent oxyder les métaux. L’oxyde formé peut constituer une couche protectrice (alumine, figure ci-contre) ou être perméable comme la rouille.
• La protection des matériaux est réalisée des couches protectrices : vernis, laques, films plastiques, revêtements métalliques (chrome, nickel…).
• Lorsque 1’oxyde formé à la surface du métal est imperméable, 1e procédé d’anodisation permet d’augmenter l’épaisseur de cet oxyde protecteur.

Oxydation électrochimique

• Ce phénomène se produit au contact de deux métaux différents en présence d’un électrolyte, par formation d’une pile électrochimique. Ce type de corrosion doit en particulier être évité avec le matériel biomédical.
• La protection contre la corrosion électrochimique se réalise avec des inhibiteurs qui stoppent les échanges entre 1’anode et la cathode, ou des anodes sacrificielles réductrices (alliage de zinc ou de magnésium) qui sont préférentiellement oxydées.

Recyclage ou élimination

• Lors du tri des déchets, on distingue ceux qui peuvent être valorisés de ceux qui ne le sont pas. Les déchets recyclés peuvent produire à nouveau les mêmes matériaux et les mêmes objets (métaux) ou bien peuvent servir à produire de nouveaux matériaux ou de nouveaux objets (carton). Ils peuvent également être utilisés comme combustibles (emballages souillés) ou comme engrais (compost). Les déchets non valorisables sont éliminés, c’est-à-dire stockés (gravats) ou enfouis dans des structures permettant de protéger l’environnement de leur toxicité.