Matériau composite

Définition

Un matériau composite est une combinaison macroscopique de deux ou plusieurs matériaux distincts aux propriétés physiques et chimiques différentes et ayant une interface finie entre eux. Les matériaux composites sont des matériaux anisotropes et inhomogènes. Si le matériau est un polymère, il est un composite polymère.

Un matériau composite en fibre de carbone :

Les matériaux composites sont apparus au milieu du 20^ème siècle comme une classe prometteuse de matériaux d'ingénierie offrant de nouvelles perspectives pour la technologie moderne. La fibre de carbone, dont l'apogée a commencé vers 1990, est toujours l'un des matériaux composites les plus utilisés.

Explications

Lorsque les deux matériaux aux propriétés physiques et chimiques différentes d'un matériau composite sont combinés, ils créent un matériau spécialisé pour effectuer un certain travail, par exemple pour devenir plus fort, plus léger ou résistant à l'électricité. Ils peuvent également améliorer la résistance et la rigidité. La raison de leur utilisation par rapport aux matériaux traditionnels est qu'ils améliorent les propriétés de leurs matériaux de base et sont applicables dans de nombreuses situations.

D'une manière générale, tout matériau constitué de deux composants ou plus avec des propriétés différentes et des limites distinctes entre les composants peut être appelé matériau composite. De plus, l'idée de combiner plusieurs composants pour produire un matériau avec des propriétés qui ne sont pas réalisables avec les composants individuels est utilisée par l'homme depuis des milliers d'années. De même, la majorité des matériaux naturels qui ont émergé à la suite d'un processus d'évolution prolongé peuvent être traités comme des matériaux composites.

La large gamme de valeurs de propriétés obtenues avec les composites et la possibilité d'adapter les propriétés est un avantage. Les matériaux composites ont également généralement des rapports résistance et module/poids plus élevés que les matériaux d'ingénierie traditionnels. Ces caractéristiques peuvent réduire le poids d'un système jusqu'à 20 à 30 %. Les économies de poids se traduisent par des économies d'énergie ou des performances accrues.

Les composites avancés présentent des propriétés dynamiques souhaitables et ont une résistance élevée au fluage et de bonnes caractéristiques d'amortissement. En fait, les performances supérieures en fatigue des matériaux composites leur permettent d'être utilisés pour réparer des cellules métalliques endommagées par la fatigue.

Types de composites

Certains matériaux composites courants comprennent :

• composite à matrice céramique : céramique étalée dans une matrice céramique. Elles sont meilleures que les céramiques normales car elles résistent aux chocs thermiques et aux fractures;
• composite à matrice métallique : un métal réparti dans une matrice;
• béton armé : béton renforcé par un matériau à haute résistance à la traction tel que des barres d'armature en acier;
• béton renforcé de fibres de verre : béton qui est coulé dans une structure en fibres de verre à haute teneur en zircone;
• béton translucide : béton qui enveloppe les fibres optiques;
• bois d'ingénierie : bois manufacturé combiné à d'autres matériaux bon marché. Un exemple serait le panneau de particules. Un matériau spécialisé comme le placage peut également être trouvé dans ce composite;
• contreplaqué : bois d'ingénierie en collant plusieurs fines couches de bois ensemble à différents angles;
• bambou d'ingénierie : bandes de fibre de bambou collées ensemble pour former une planche. Il s'agit d'un composite utile en raison du fait qu'il a une résistance à la compression, à la traction et à la flexion plus élevée que le bois;
• parqueterie : un carré de plusieurs pièces de bois assemblées souvent en bois dur. Il est vendu comme pièce décorative;
• composite bois-plastique : soit fibre de bois ou farine coulée dans du plastique;
• fibre de bois liée au ciment : pièces de bois minéralisées coulées dans du ciment. Ce composite a des propriétés isolantes et acoustiques;
• fibre de verre : fibre de verre associée à un plastique relativement peu coûteux et flexible;
• polymère renforcé de fibre de carbone : ensemble de fibre de carbone dans du plastique qui a un rapport résistance/poids élevé;
• panneau sandwich : une variété de composites qui sont superposés les uns sur les autres;
• nid d'abeille composite : une sélection de composites dans de nombreux hexagones pour former une forme en nid d'abeille.;
• papier mâché : papier relié avec un adhésif. On les trouve dans l'artisanat;
• papier plastifié : papier plastifié pour améliorer la durabilité. Un exemple d'où cela est utilisé est dans les jeux de cartes;
• mousses syntactiques : matériaux légers créés en remplissant des métaux, des céramiques ou des plastiques avec des microballons. Ces ballons sont fabriqués en verre, en carbone ou en plastique.

Histoire

Les humains utilisent les composites depuis des milliers d'années. En 3 400 avant J.-C., les premiers composites fabriqués par l'homme ont été conçus par les Mésopotamiens en Irak. L'ancienne société collait des bandes de bois les unes sur les autres à différents angles pour créer du contreplaqué. Par la suite, vers 2181 av. J.-C., les Égyptiens ont commencé à fabriquer des masques mortuaires en lin ou en papyrus imbibés de plâtre. Plus tard, ces deux sociétés ont commencé à renforcer leurs matériaux avec de la paille pour renforcer les briques de boue, la poterie et les bateaux.

En 1 200 après J.-C., les Mongols ont commencé à concevoir des arcs composites qui étaient incroyablement efficaces à l'époque. Ceux-ci étaient faits de bois, de bambou, d'os, de tendons de bétail, de corne et de soie liés avec de la résine de pin.

Suite à la révolution industrielle, les résines synthétiques ont commencé à prendre une forme solide en utilisant la polymérisation. Dans les années 1900, ces nouvelles connaissances sur les produits chimiques ont conduit à la création de divers plastiques tels que le polyester, le phénolique et le vinyle. Les synthétiques ont alors commencé à se développer, la bakélite a été créée par le chimiste Leo Baekeland. Le fait qu'il ne conduisait pas l'électricité et qu'il était résistant à la chaleur signifiait qu'il pouvait être largement utilisé dans de nombreuses industries.

Les années 1930 ont été une période extrêmement importante pour l'avancement des composites. La fibre de verre a été introduite par Owens Corning qui a également lancé la première industrie des polymères renforcés de fibres (FRP). Les résines conçues à cette époque sont encore utilisées à ce jour et, en 1936, les résines de polyester insaturé ont été brevetées. Deux ans plus tard, des systèmes de résine plus performants sont devenus accessibles.

La première fibre de carbone a été brevetée en 1961, puis est devenue disponible dans le commerce. Puis, au milieu des années 1990, les composites ont commencé à devenir de plus en plus courants pour les processus de fabrication et la construction en raison de leur coût relativement bon marché par rapport aux matériaux utilisés auparavant.

Les composites d'un Boeing 787 Dreamliner au milieu des années 2000 ont justifié leur utilisation pour des applications à haute résistance.

En rapport avec "matériau composite"

• anisotropie

  

  L'anisotropie est la propriété d'être dépendante de la direction, par opposition à l'isotropie, qui signifie l'homogénéité dans toutes les directions.

• béton armé

  

  Le béton armé est un matériau composite formé de béton ordinaire de ciment renforcé par un ferraillage (fers à béton, treillis métallique soudé).

• composite polymère

  

  Les composites polymères sont des matériaux polymères avec un renfort, dans lesquels le polymère agit comme une résine matricielle qui pénètre dans...

• écomatériau

  

  Un écomatériau est un produit naturel et sain, un matériau biosourcé, exempts de composés chimiques de synthèse et qui ne nuit pas à l'homme et à la planète...