Ta casserole a une queue en bois, ta fenêtre est en verre, ta clé est en métal : pourquoi chaque objet est-il fait dans une matière précise ? Chaque famille de matériaux possède des propriétés qui la rendent adaptée à un usage. Apprendre à les tester et à les comparer, c’est apprendre à choisir le bon matériau.
Ce cours est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Des matériaux partout autour de nous
Un matériau est une matière choisie pour fabriquer des objets. Les matériaux sont très variés, mais on les range en grandes familles : les métaux, les bois, les plastiques, les verres et les céramiques. Certains sont naturels (bois, pierre, laine, cuir) : on les trouve dans la nature et on les travaille peu. D’autres sont fabriqués par l’être humain à partir de matières premières : le verre vient du sable, l’acier du minerai de fer, la plupart des plastiques du pétrole, la brique de l’argile cuite.
Une propriété d’un matériau est une caractéristique que l’on peut observer ou mesurer : dureté, conduction de l’électricité ou de la chaleur, attraction par un aimant, transparence, masse volumique, résistance à la rouille…
Les propriétés des matériaux
Pour comparer deux matériaux, on étudie plusieurs propriétés avec des tests simples.
| Propriété | Test simple | Exemples |
|---|---|---|
| Conduction électrique | Circuit avec pile et lampe | Cuivre, fer, aluminium conduisent ; bois, plastique, verre isolent |
| Conduction thermique | Cuillère dans l’eau chaude | Les métaux chauffent vite ; bois et plastique chauffent lentement |
| Magnétisme | Approcher un aimant | Fer et acier sont attirés ; aluminium et cuivre ne le sont pas |
| Dureté | Essayer de rayer | Le verre est dur, le plomb est mou |
| Transparence | Regarder à travers | Verre transparent, papier calque translucide, bois opaque |
| Masse volumique | Peser et mesurer le volume | Bois léger, fer lourd à volume égal |
| Résistance à l’eau | Laisser en milieu humide | Le fer rouille, le plastique et le verre non |
« Tous les métaux sont attirés par un aimant » est faux. Seuls le fer, l’acier (et quelques autres, comme le nickel) le sont. L’aluminium des canettes et le cuivre des fils électriques ne sont pas attirés.
Tester la conduction de l’électricité
On place l’objet à tester dans un circuit comportant une pile et une lampe. Si la lampe brille, l’objet laisse passer le courant : c’est un conducteur. Si la lampe reste éteinte, l’objet est un isolant.
Tous les métaux conduisent l’électricité, ainsi que le graphite de la mine d’un crayon. Le bois sec, le plastique, le verre, la céramique, le caoutchouc et le liège sont des isolants. C’est pourquoi un fil électrique est fait de cuivre (conducteur) entouré de plastique (isolant).
On teste les matériaux uniquement avec une pile de 4,5 V ou moins. On n’utilise jamais une prise de courant : le courant du secteur est dangereux.
Conduction de la chaleur et choix d’un matériau
Plongeons trois cuillères identiques (métal, bois, plastique) dans de l’eau chaude à 60 °C. Au bout de 3 minutes, on mesure la température du bout du manche, resté hors de l’eau. Il valait 20 °C au départ.
Les métaux sont de bons conducteurs thermiques ; le bois, le plastique et les matières comme la laine ou le polystyrène sont de bons isolants thermiques.
Pour choisir un matériau, on écrit un cahier des charges : la liste des qualités que l’objet doit avoir. On compare ensuite les propriétés des matériaux pour retenir celui qui répond le mieux.
Une casserole doit supporter la chaleur, conduire la chaleur vers les aliments et se tenir sans se brûler. On choisit un métal pour le fond (bon conducteur thermique, résistant au feu) et du bois ou du plastique résistant à la chaleur pour le manche (mauvais conducteur thermique). Le couvercle peut être en verre pour surveiller la cuisson, car le verre est transparent.
Un objet en métal paraît « froid » au toucher non parce qu’il est plus froid, mais parce qu’il conduit bien la chaleur de ta main et t’en fait perdre vite.
Matériaux et environnement
Fabriquer et jeter des objets a un impact sur l’environnement. On peut le réduire en choisissant des objets durables, en les réparant, et en recyclant : le verre, les métaux (acier, aluminium), le papier-carton et certains plastiques sont triés puis fondus ou transformés pour fabriquer de nouveaux objets. Le recyclage économise des matières premières et réduit la quantité de déchets enterrés ou brûlés. Le bois, matériau renouvelable, doit venir de forêts gérées durablement. Aimant, pile et lampe suffisent même à trier : les déchets en acier sont attirés par un aimant, ceux en aluminium ne le sont pas.
L’essentiel à retenir
- Les matériaux se rangent en familles : métaux, bois, plastiques, verres, céramiques ; ils sont naturels ou fabriqués.
- Une propriété se teste : conduction électrique et thermique, magnétisme, dureté, transparence, masse volumique, résistance à la rouille.
- Les métaux conduisent l’électricité et la chaleur ; bois, plastique et verre sont isolants électriques.
- Seuls le fer et l’acier sont attirés par un aimant parmi les métaux courants.
- On choisit un matériau grâce à un cahier des charges et à la comparaison de ses propriétés.
- Le recyclage et la durabilité réduisent l’impact des objets sur l’environnement.