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Les matériaux composites

Un matériau composite est formé de deux (ou plusieurs) matériaux différents afin d'en obtenir un nouveau possédant des propriétés améliorées par rapport à celles des matériaux de départ.

Dans un matériau composite, un des matériaux de départ servira de matrice alors que l'autre servira de renfort. La matrice forme le squelette du matériau composite et lui donne sa forme. Les fibres de renfort sont insérées à l'intérieur de la matrice afin d'en modifier les propriétés. Selon leur composition et la façon dont elles sont incorporées, les fibres de renfort modifient de diverses façons les propriétés de la matrice en la rendant, par exemple, plus légère ou plus résistante.

Le béton armé ayant servi à construire ce pont est un matériau composite. La matrice est formée de béton dans lequel des tiges d'acier ont été insérées. Le pont peut ainsi résister aux contraintes de traction grâce aux tiges d'acier ainsi qu'aux contraintes de compression grâce au béton.

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Puisque les matériaux composites présentent une grande diversité de propriétés, de plus en plus de domaines les utilisent:

  • Secteur de l'aéronautique: le fuselage (structure externe) d'un avion par exemple;
  • Secteur des sports: les casques et les cadres de vélos, les planches de surf, les coques de kayaks, les raquettes de tennis, les bâtons de hockey, etc.;
  • Secteur artistique: les archets de violons par exemple;
  • Secteur de la mécanique: les freins de haute performance, certaines pièces de moteur, etc.;
  • Secteur militaire et policier: les gilets pare-balles.

Contrairement au béton armé, le nom des matériaux composites provient généralement du type de renfort utilisé. Par exemple, lorsqu'une planche à voile est constituée d'une matrice de plastique avec des fibres de verre comme renfort, on dira qu'elle est en fibre de verre.

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Propriétés des matériaux composites

Selon les types de matrice et de renfort utilisés, un matériau composite possède différentes propriétés.

Partie du matériau composite Type de matériau utilisé Propriétés recherchées dans le matériau composite
Matrice Plastiques Durabilité, légèreté, résilience, faible coût
Matrice Métalliques Ductilité, conductibilité thermique et électrique, rigidité
Matrice Céramiques Durabilité, résistance à la chaleur
Renfort Fibres de verre Rigidité, résistance à la corrosion
Renfort Fibres aramides (Kevlar) Faible masse volumique, résilience
Renfort Fibres de carbone Rigidité, faible masse volumique, conductibilité électrique

Dégradation et protection des matériaux composites

Les matériaux composites subissent une dégradation lorsque la matrice ou les renforts en subissent une eux-mêmes. Par exemple, une perte d'adhérence entre la matrice et les renforts causera une dégradation du matériau composite. La vitesse de dégradation du matériau dépendra de la nature de la matrice, du type de renfort utilisé ainsi que des conditions auxquelles le matériau est soumis.

La seule manière de protéger les matériaux composites est de s'assurer que les matériaux qui entrent dans leur conception résisteront aux conditions auxquelles ils seront soumis. Aussi, la fabrication du matériau composite doit assurer une bonne cohésion entre la matrice et les renforts.

Les exercices

Les références