La résistance des matériaux (Sciences & Techniques)

« Enfin, si vous tirez vraiment trop fort, vous dépasserez le point de rupture du matériau : l'échantillon se rompt.

Suivant les cas, lepoint de rupture est précédé d'une longue plage de déformation plastique (matériau ductile) ou, au contraire, le matériau se brisebrusquement sans donner de signe avant-coureur (matériau fragile).

Ainsi, l'or, le matériau le plus ductile, peut être étiré sur deskilomètres pour constituer un fil avant de se rompre.

Avez-vous jamais imaginé que la fonte était "fragile" ? Elle l'est effectivementen ce sens que, soumis à une traction, un échantillon de fonte cédera brutalement sans s'être notoirement déformé. Il n'est pas toujours aisé de déterminer à quel niveau se situera la rupture.

Mais, s'il existe un point où la contrainte est plus fortequ'ailleurs, c'est là que se produira probablement la rupture. précontraint et béton armé Les matériaux ne supportent pas les différents types de contrainte de manière égale.

Ainsi le béton est-il extrêmement résistant àla compression mais peu à la traction.

Une force limitée en traction suffit à rompre une colonne de béton.

C'est en raison de cettedissymétrie de résistance à l'effort que le béton n'est jamais utilisé en traction mais toujours en compression. La technique du béton précontraint permet de garantir que, dans toutes les situations, le béton est bien utilisé en compression.Cela est obtenu en coulant du béton autour d'armatures métalliques maintenues en tension.

Une fois le béton "pris", c'est-à-diredurci, la tension sur les tiges est relâchée : les tiges ne pouvant retrouver leur longueur initiale, elles exercent alors une force depression considérable à laquelle le béton sait très bien résister.

L'intérêt de cette technique est que l'ensemble béton plus armaturepeut supporter des forces de traction à la différence du béton seul.

En effet, tant que la contrainte de traction appliquée estinférieure à la contrainte de pression due aux armatures métalliques, le béton demeure en compression et peut donc résister. Une technique alternative - celle du béton armé - consiste à passer des armatures dans des trous ménagés dans le béton et àassurer la compression du béton en tendant les câbles. Les matériaux composites Comme le béton armé, les matériaux composites sont constitués de différents types de matériaux élémentaires qui apportentchacun leurs caractéristiques propres : l'ensemble ainsi obtenu a des propriétés supérieures à chacun de ses constituants.

C'estsouvent un degré de résistance supérieur qui est recherché par ces associations de matériaux.

À une échelle beaucoup plus petiteque le béton, les fibres de verre, comme les fils de soie de l'araignée, supportent de fortes contraintes en tension.Malheureusement, une simple rayure réduit considérablement la résistance de la fibre.

D'où l'idée de protéger la fibre d'une gaineen résine.

Le matériau ainsi constitué a une capacité de résistance remarquable pour un poids limité. D'autres associations à base de carbone (bonne résistance pour une masse faible) et de céramiques (résistance à la chaleur) sontutilisées, notamment en aviation où l'on recherche des matériaux solides et légers. Enfin, il existe des matériaux composites naturels, comme le bois, qui sont composés de fibres de cellulose, flexibles etrésistantes, associées à un liant plus dur et plus cassant, la lignine, donnant la rigidité à l'ensemble. Le calcul des structures Connaissant les propriétés des matériaux en fonction des contraintes, l'ingénieur calcule celles s'appliquant en tous points de lastructure, que ce soit un immeuble, une route ou un pont.

En aucun point de la structure, la contrainte ne doit dépasser le seuil derupture des matériaux utilisés.

La tour Eiffel est l'un des exemples montrant le succès de ces calculs, qui étaient faits à la règle àcalcul.

Aujourd'hui, les structures sont modélisées sous forme mathématique, et l'informatique aide l'ingénieur à calculer lescontraintes qui s'appliquent en tous points, en conditions normales mais aussi en cas de tremblement de terre ou de vent violent.En vue de s'assurer de la robustesse des constructions, des règles de prudence sont appliquées dans la conception des bâtiments.En France, l'État, pour protéger la population, fixe des règles de construction que doit respecter l'architecte afin d'éviter leseffondrements d'immeubles ou de ponts. La structure interne des matériaux Certains phénomènes ne peuvent être compris qu'en examinant ce qui se passe au niveau atomique de la matière.

Les solides,métalliques ou non, ont le plus souvent une structure cristalline.

La façon selon laquelle les atomes ou les molécules sont arrangéset liés détermine la résistance du matériau.

Le caoutchouc, par exemple, est constitué de chaînes de molécules.

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