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Propriétés des matériaux : cours de sciences physiques en 6e – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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Propriétés des matériaux : cours de sciences physiques en 6e – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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.

MétauxBoisPlastiquesVerresCéramiquesclécasserolevélocloutablecharpentecrayonmanchebouteillejouetcâbleseauvitreverrebocallunettesbriqueassiettetuilecarrelage
Les cinq grandes familles de matériaux et quelques objets que l’on en fabrique.
Définition

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.

PropriétéTest simpleExemples
Conduction électriqueCircuit avec pile et lampeCuivre, fer, aluminium conduisent ; bois, plastique, verre isolent
Conduction thermiqueCuillère dans l’eau chaudeLes métaux chauffent vite ; bois et plastique chauffent lentement
MagnétismeApprocher un aimantFer et acier sont attirés ; aluminium et cuivre ne le sont pas
DuretéEssayer de rayerLe verre est dur, le plomb est mou
TransparenceRegarder à traversVerre transparent, papier calque translucide, bois opaque
Masse volumiquePeser et mesurer le volumeBois léger, fer lourd à volume égal
Résistance à l’eauLaisser en milieu humideLe fer rouille, le plastique et le verre non
Erreur fréquente

« 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.

objetlampepileobjet à tester entre les deux pinces
Si la lampe brille quand l’objet ferme le circuit, l’objet est un conducteur électrique.

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).

Sécurité

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.

0204060Température du manche (°C)502725MétalPlastiqueBois
Après 3 minutes, le manche en métal est bien plus chaud : le métal conduit bien la chaleur.

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.

Méthode

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.

Exemple

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.

Pour retenir

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.