Structure et texture des matériaux : l'architecture atomique

Thèmes abordés

Sciences - Ingénierie - Industrie, Structure des matériaux, texture des matériaux, architecture atomique, céramiques, polymères, alliages, métaux, classification périodique, liaisons chimiques, cristallographie, joint de grain, macles

Résumé du document

On définit les matériaux par l'ensemble des matières utilisées pour fabriquer des objets, classés en plusieurs familles en fonction de leur provenance et de leurs propriétés. L'Homme en utilise depuis l'âge de pierre, notamment la pierre, comme le silex, le bois pour le feu ou encore les os pour la fabrication d'outil comme les aiguilles. À la fin de l'âge de pierre, l'Homme se sédentarise et commence à construire des maisons à partir de matériaux trouvés sur place. Il laisse place à l'âge de bronze et du fer faisant partie de la famille des minerais métalliques. 3000 ans avant J-C., l'Homme découvre le cuivre qui lui permet de fabriquer des armes.

Par la suite, avec la maîtrise de la haute température, on apprend à fabriquer du fer qui est moins coûteux et plus résistant. La première révolution industrielle est marquée par de grandes avancées dans le domaine de la métallurgie, notamment avec l'apparition de la technique du puddlage. Pendant la 2e révolution industrielle, l'acier est produit en plus grande quantité, il est moins cher et remplace donc le fer et la fonte pour beaucoup d'objets.

Extraits

[...] On place généralement les atomes sur les noeuds du réseau, même s'il peut y en avoir ailleurs, mais toujours de manière périodique. Ce réseau peut posséder des symétries, qui doivent être compatibles avec la condition de périodicité. Tableau II : Les 14 réseaux de Bravais Connaître ces structures permet de déterminer la densité atomique, la résistance, ou encore la masse volumique. La structure cristalline d'un matériau dépend avant tout des dimensions relatives des atomes et de la nature des liaisons atomiques. [...]

[...] Un atome étranger peut également s'introduire en surplus dans la structure cristalline. Il peut également y avoir une substitution d'atome ou une insertion. La substitution atomique consiste au remplacement d'un atome principal du réseau par un autre atome dont le diamètre est proche de l'atome initial. L'insertion atomique est rendue possible par les alliages. Un atome étranger s'insère dans un site interstitiel vide du réseau. Il existe également des impuretés; des atomes n'ayant aucun rapport avec l'atome principal de la structure s'insèrent dans la structure cristalline. [...]

[...] Il est donc essentiel de bien connaître la structure des matériaux afin que ces modifications à l'échelle microscopique ne soient pas néfastes ou destructrices à l'échelle macroscopique. Le monde des matériaux n'a de cesse d'évoluer. En effet, la moitié des aciers que nous utiliserons dans cinq ans n'existe pas encore. C'est pourquoi tout ceci nécessite un développement des connaissances sur les structures des matériaux. Listes des tableaux, figures et photos Tableau I : Tableau périodique des éléments chimiques. (page Figure I : Représentation de la liaison ionique à travers l'exemple du chlorure de sodium. [...]

[...] Elle peut être de deux types : polaire ou non polaire (cf. Figure II). Lorsqu'elle est polaire, elle relie deux atomes dont l'attraction est inégale entre les tandis que dans le cas de la liaison non polaire, l'attraction des électrons de la part des 2 atomes est égale. Figure II : Représentation des liaisons covalente polaire et non polaire Elle concerne par exemple des matériaux tels que le diamant, la silice ou le verre. Les matériaux en étant composés ont une mauvaise conductivité électrique, une très grande dureté et un haut point de fusion. [...]

[...] L'équilibre entre la force de répulsion et la force d'attraction conduit à une distance d'équilibre entre les 2 atomes qui caractérisent la liaison considérée. Tout d'abord les liaisons chimiques, elles sont fortes et donnent naissance à une nouvelle entité chimique. Les liaisons fortes assurent les liaisons entre atomes et s'exercent à courte distance. Elles permettent aux matériaux en étant composées d'être durs et rigides. Dans le cas de la liaison ionique, les atomes ont des charges déséquilibrées, ce sont donc des ions. Elle se forme entre un métal et un non-métal. [...]