Les matériaux composites

Réactualisé le 05/04/2001.
Textes et photos de Georges.

Selon sa classe, chaque type de matériau possède des propriétés et des caractéristiques qui lui sont propres. Les métaux sont en général tenaces et ductiles, mais leur masse volumique (le rapport entre la masse et le volume) est souvent élevée. Les matières plastiques, légères, ont une faible rigidité et des propriétés mécaniques moyennes, et sont parfois fragiles. Les céramiques ont un module d'Young et une résistance à la traction très élevés, mais elles sont intrinsèquement fragiles. En combinant divers types de matériaux normalement non miscibles, et tout en contrôlant leur morphologie et leur répartition, on obtient des matériaux composites.

Prenons le cas d'un plastique armé de fibre de verre (des triangles de suspension ou un chassis moulé avec des charges, par exemple). Ils font preuve d'une résistance mécanique et d'une ténacité supérieures à celles des deux matériaux considérés séparément. La matière plastique constitue la matrice, et le verre (sous forme de fibres), le renfort. Par rapport à un matériau traditionnel, un composite permet souvent d'obtenir un gain de masse appréciable pour une même rigité. La matrice et le renfort ne réagissent pas ensemble, car on les choisit de telle sorte qu'elles soient inertes l'une vis-à-vis de l'autre. La matrice, plus ductile que les fibres, mais dont la résistance et la rigidité sont inférieures, sert de milieu de transfert des efforts auxquels sont majoritairement soumises les fibres, plus rigides et plus résistantes.

On distinguera les matériaux composites unidirectionnels, dans lesquels les fibres sont toutes orientées dans une même direction (en général, la direction principale des contraintes) des matériaux composites multidirectionnels, dans lesquels les fibres sous forme de mats, i.e. de fibres disposées aléatoirement dans un plan principal (exemple: triangles de suspension ou chassis moulé avec des charges graphites), ou être tissées ou bobinées selon plusieurs directions (exemple: chassis en fibres de verre ou de carbone, ave de transmission en carbone).

Le comportement mécanique d'un matériau composite dépend des propriétés de chacun de ses composants, de la fraction volumique de fibres en présence et de la résistance mécanique de l'interface matrice-fibre.

Exemple:

Un axe de transmission cassé de TC3 constitué d'un enroulement de fibre de verre (ou d'aramide?) serti dans un tube de carbone tressé.

Bibliographie:

  • Des Matériaux de Jean-Marie DORLOT, Jean-Paul BAÏLON et Jacques MASOUNAVE, Editions de l'Ecole Polytechnique de Montréal.

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