Propriétés et usages des métaux
Si les métaux sont utilisés dans autant de domaines différents, c’est parce qu’ils possèdent des propriétés uniques. En effet, ils se différencient des autres matériaux par leurs propriétés physico-chimiques, électriques et magnétiques. Pour mieux comprendre l’exploitation de cette formidable ressource, nous faisons le point sur les différentes caractéristiques des métaux.
Les familles de métaux
En chimie, les métaux sont des éléments simples dont les atomes sont unis par des liaisons métalliques. En métallurgie, on classe les métaux en 3 catégories distinctes :
- Les métaux ferreux : bien qu’ils possèdent une excellente résistance mécanique, le fer et tous ses alliages sont très sensibles à la rouille.
- Les métaux non-ferreux : ils sont souvent de meilleure qualité puisqu’ils ne contiennent pas de fer.
- Les métaux précieux et semi-précieux, aussi appelés « métaux nobles » car inoxydables.
Parmi ces 3 familles, on peut distinguer plusieurs sous-catégories, définies par des critères métallurgiques ou économiques :
- Les métaux alcalins ou alcalino-terreux,
- Les métaux d’alliage,
- Les métaux spéciaux ou high-tech,
- Les petits métaux ou métaux rares…
Propriétés physiques et mécaniques
Les métaux possèdent des propriétés physiques telles que :
- La conductivité électrique,
- La conductivité thermique,
- Une masse volumique élevée.
En métallurgie et en métallerie, les industriels recherchent des caractéristiques précises, comme la dureté et la plasticité.
La dureté indique la résistance d’un métal à la pénétration d’un corps plus dur (classé par l’échelle de MOHS). Ainsi, il existe des métaux mous, durs et semi-durs. La plasticité désigne la capacité d’un métal de se déformer et à conserver cette déformation. Pour l’acier, on parle notamment de ductilité, c’est-à-dire sa capacité à se déformer avant qu’il ne se rompe.
À l’inverse, on pourra rechercher l’élasticité d’un métal, c’est-à-dire sa malléabilité lors d’une déformation à chaud ou à froid. Cette propriété est utile notamment dans les domaines de la forge et de la métallerie d’art. La ténacité (résistance aux chocs) et la fragilité (résilience) des métaux sont également des qualités recherchées.
Enfin, leur aspect physique requière une importance, notamment dans la métallerie d’art et même dans la construction : opaque, brillant, lisse, rugueux…
Les traitements
Les 2 principaux éléments altérant les métaux sont la corrosion, l’oxydation et la rouille. La corrosion est provoquée par le contact du métal avec l’oxygène de l’air et de l’eau. Face à ces 2 éléments, il produit des oxydes et altère progressivement le matériau : rouille du fer et de l’acier, vers-de-gris sur le cuivre…
Ces réactions chimiques représentent un problème industriel important : on estime que plus de 15 % de la production d’acier ne sert qu’au remplacement de pièces endommagées par la rouille !
Pour lutter contre ce phénomène et parce que les caractéristiques mécaniques des métaux sont relativement faibles, on utilise différents traitements thermiques ou de surface :
- La galvanisation,
- L’anodisation,
- La trempe (pour durcir les aciers)…
Ces traitements peuvent être réalisés avant ou après l’usinage des pièces. Dans la grande majorité, les métaux ne sont pas utilisés purs, et sont coulés sous forme d’alliages.
Pour tout savoir sur les incroyables propriétés des métaux et leurs usages, consultez notre rubrique !