Fiche de révision : Propriétés des matériaux

📋 Plan du Cours

1. Organisation et cohésion des matériaux
2. Structures et familles de matériaux
3. Comportements mécaniques et rhéologiques
4. Homogénéité et matériaux composites
5. Masses volumiques et porosité
6. Transferts dans les matériaux poreux
7. Propriétés thermiques et acoustiques
8. Feu et propriétés mécaniques

📖 1. Organisation et cohésion des matériaux

★ À maîtriser

📌 Les matériaux non cohésifs, comme le sable, sont caractérisés par une cohésion de 0,1 MPa, tandis que le béton atteint 5 MPa, l’acier 300 MPa et l’acier précontraint 2000 MPa.

Compléments

• La cohésion augmente lorsque le frottement diminue.

📌 Les matériaux peuvent être naturels ou artificiels, et les liants peuvent être hydrauliques, organiques ou aériens.

💡 Astuce mémo

Non cohésif comme le sable, cohésif comme le béton

📖 2. Structures et familles de matériaux

★ À maîtriser

• Les trois états de la matière sont solide, liquide et gazeux, selon le rapport entre l’énergie de cohésion et l’énergie thermique.

📌 Les métaux sont des solides atomiques, les polymères organiques sont composés de molécules et les céramiques sont des matériaux inorganiques.

Compléments

• Les matériaux composites associent plusieurs constituants et leur classement peut dépendre de la composition, de la microstructure ou des propriétés.

💡 Astuce mémo

Métaux → polymères → céramiques → composites

📖 3. Comportements mécaniques et rhéologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Contrainte : Rapport de la force F à la section A, soit $\sigma=\frac{F}{A}$, et elle s’exprime en N/mm² ou en MPa.
• Déformation : Rapport de la variation de longueur ΔL à la longueur initiale L, soit $\varepsilon=\frac{\Delta L}{L}$.
• Viscosité dynamique : Le coefficient μ de la loi de Newton est la viscosité dynamique et, pour un fluide newtonien, $\tau=\mu\dot{\gamma}$.

📝 Points essentiels

📌 Dans le domaine élastique linéaire, la loi de Hooke relie la contrainte et la déformation par $\sigma=E\varepsilon$.

💡 Astuce mémo

Sollicitation → contrainte et déformation → réponse du matériau

📖 4. Homogénéité et matériaux composites

🔑 Notions clés & Définitions

• Homogénéité : Matière qui reste identique dans chacune des parcelles obtenues en la divisant, selon le degré de division considéré.
• Isotropie : Matériau qui présente les mêmes propriétés dans toutes les directions autour d’un point quelconque.

📝 Points essentiels

• 🔄 La mise en œuvre suit les étapes suivantes:
  1. malaxage
  2. coulage
  3. obtention du produit fini

📌 Le calcul simplifié d’un stratifié fibres-résine suppose notamment des fibres parallèles parfaitement mouillées par la résine, un stratifié orthotrope et symétrique, ainsi qu’une rupture gouvernée par les fibres.

💡 Astuce mémo

Homogène selon les parcelles, isotrope selon les directions

📖 5. Masses volumiques et porosité

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique apparente : Masse d’un corps par unité de volume apparent, vides compris, et s’exprime en kg/m³.
• Masse volumique absolue : Masse d’un corps par unité de volume de matière solide, sans prendre en compte les vides présents dans ou entre les grains.
• Densité : Rapport de la masse d’un corps à la masse d’un volume égal d’eau à sa densité maximale, soit à 4 °C, et c’est une grandeur sans dimension.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La compacité C, la porosité P et l’indice des vides e vérifient $C=\frac{V_s}{V_T}$, $P=\frac{V_v}{V_T}=C-1$ selon la notation du cours, et $e=\frac{V_v}{V_s}$.

💡 Astuce mémo

Volume apparent avec les vides, volume absolu sans les vides

📖 6. Transferts dans les matériaux poreux

★ À maîtriser

📌 La diffusion transfère des molécules ou des ions des fortes concentrations vers les faibles concentrations, la perméation concerne les fluides soumis à une différence de pression et la succion capillaire transporte des liquides dans les solides poreux sous l’effet de la tension superficielle.

• Le coefficient μ de résistance à la diffusion de vapeur est référencé à l’air, pour lequel μ=1, et de faibles valeurs de μ indiquent une diffusion importante de la vapeur d’eau.

📐 Formule — La loi de Darcy donne le coefficient de perméabilité à l’eau par $K_w=\frac{V\ell}{A\,t\,\Delta h}$, exprimé en m/s.

Compléments

📐 Formule — La loi de Jurin donne la hauteur capillaire par $h=\frac{2\gamma\cos(\theta)}{r\rho g}$.

💡 Astuce mémo

Diffusion → perméation → succion capillaire

📖 7. Propriétés thermiques et acoustiques

★ À maîtriser

📐 Formule — La dilatation thermique linéaire vérifie $\Delta L=\alpha L_0\Delta T$.

📌 La chaleur se transfère par rayonnement sans support intermédiaire, par conduction de proche en proche et par convection grâce au mouvement de particules.

📌 Les bruits aériens sont émis directement dans l’air, tandis que les bruits d’impact produisent des vibrations dans les éléments de construction qui se propagent ensuite dans le bâtiment.

Compléments

• Le coefficient de conductivité thermique du polystyrène expansé est d’environ 0,035 W/m·K.

💡 Astuce mémo

Rayonnement → conduction → convection

📖 8. Feu et propriétés mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Résistance au feu : Durée pendant laquelle un élément de construction continue à remplir son rôle malgré l’action d’un incendie.
• Fluage : Déformation qui se produit sous une charge constante.

★ À maîtriser

• Le triangle du feu comprend:

  • une source de chaleur
  • un combustible
  • un comburant constitué d’oxygène

• Dans le béton, une température supérieure à 100 °C entraîne la perte de l’eau non liée, à 530 °C la destruction du Ca(OH)₂ et à 575 °C la transformation du quartz et la désintégration du béton.

Compléments

• Les sollicitations et propriétés mécaniques citées sont:
  • traction
  • compression
  • flexion
  • poinçonnement
  • dureté
  • chocs
  • usure
  • fatigue

💡 Astuce mémo

Chaleur + combustible + oxygène → combustion → extinction

📊 Tableaux de synthèse

Modes de transport dans les matériaux poreux

Propriétés acoustiques