Quelle est la définition d'un matériau composite?

Librement défini, un composite est une combinaison de deux ou plusieurs matériaux différents qui donne un produit supérieur (souvent plus résistant). Les humains créent des composites depuis des milliers d'années pour tout construire, des simples abris aux appareils électroniques élaborés. Alors que les premiers composites étaient fabriqués à partir de matériaux naturels comme la boue et la paille, les composites d'aujourd'hui sont créés dans un laboratoire à partir de substances synthétiques. Quelle que soit leur origine, les composites sont ce qui a rendu possible la vie telle que nous la connaissons.

Une histoire brève

Les archéologues disent que les humains utilisent des composites depuis au moins 5 000 à 6 000 ans. Dans l'Égypte ancienne, des briques faites de boue et de paille pour envelopper et renforcer les structures en bois telles que les forts et les monuments. Dans certaines parties de l'Asie, de l'Europe, de l'Afrique et des Amériques, les cultures indigènes construisent des structures à partir de l'acacia (planches ou bandes de bois) et du torchis (un composite de boue ou d'argile, de paille, de gravier, de chaux, de foin et d'autres substances).

Une autre civilisation avancée, les Mongols, a également été pionnière dans l'utilisation des composites. À partir de 1200 après JC environ, ils ont commencé à construire des arcs renforcés en bois, en os et en adhésif naturel, enveloppés d'écorce de bouleau. Celles-ci étaient beaucoup plus puissantes et précises que les arcs en bois simples, aidant l'empire mongol de Gengis Khan à se répandre à travers l'Asie.

L'ère moderne des composites a commencé au 20e siècle avec l'invention des premiers plastiques tels que la bakélite et le vinyle ainsi que des produits en bois d'ingénierie comme le contreplaqué. Un autre composite crucial, le fibre de verre, a été inventé en 1935. Il était beaucoup plus résistant que les composites antérieurs, pouvait être moulé et façonné, et était extrêmement léger et durable. 

La Seconde Guerre mondiale a accéléré l'invention de matériaux composites encore plus dérivés du pétrole, dont beaucoup sont encore utilisés aujourd'hui, y compris le polyester. Les années 1960 ont vu l'introduction de composites encore plus sophistiqués, tels que le Kevlar et la fibre de carbone. 

Matériaux composites modernes

Aujourd'hui, l'utilisation des composites a évolué pour incorporer couramment une fibre structurelle et un plastique, ce qui est connu sous le nom de plastique renforcé de fibre ou FRP. Comme la paille, la fibre fournit la structure et la résistance du composite, tandis qu'un polymère plastique maintient la fibre ensemble. Les types de fibres couramment utilisés dans les composites FRP comprennent:

• Fibre de verre
• Fibre de carbone
• Fibre d'aramide
• Fibre de bore
• Fibre de basalte
• Fibre naturelle (bois, lin, chanvre, etc.)

Dans le cas de la fibre de verre, des centaines de milliers de minuscules fibres de verre sont compilées ensemble et maintenues rigidement en place par une résine polymère plastique. Les résines plastiques courantes utilisées dans les composites comprennent:

• Époxy
• Ester de vinyle
• Polyester
• Polyuréthane
• Polypropylène

Usages et avantages courants

L'exemple le plus courant d'un composite est le béton. Dans cette utilisation, les barres d'armature en acier structurel assurent la résistance et la rigidité du béton, tandis que le ciment durci maintient les barres d'armature stationnaires. Les barres d'armature seules se plieraient trop et le ciment seul se fissurerait facilement. Cependant, lorsqu'il est combiné pour former un composite, un matériau extrêmement rigide est créé.

Le matériau composite le plus souvent associé au terme «composite» est le plastique renforcé de fibres. Ce type de composite est largement utilisé tout au long de notre vie quotidienne. Les utilisations courantes courantes des composites plastiques renforcés de fibres comprennent:

• Avion
• Bateaux et marine
• Équipements sportifs (manches de golf, raquettes de tennis, planches de surf, bâtons de hockey, etc.)
• Composants automobiles
• Pales d'éoliennes
• Gilet pare-balles
• Matériaux de construction
• Tuyaux d'eau
• Des ponts
• Poignées d'outils
• Rails d'échelle

Les matériaux composites modernes présentent un certain nombre d'avantages par rapport à d'autres matériaux tels que l'acier. Peut-être plus important encore, les composites sont beaucoup plus légers. Ils résistent également à la corrosion, sont flexibles et résistants aux bosses. Ceci, à son tour, signifie qu'ils nécessitent moins d'entretien et ont une durée de vie plus longue que les matériaux traditionnels. Les matériaux composites rendent les voitures plus légères et donc plus économes en carburant, rendent les gilets pare-balles plus résistants aux balles et fabriquent des aubes de turbine qui peuvent résister au stress des vitesses de vent élevées.

Sources

• Personnel de BBC News. "L'inventrice de Kevlar Stephanie Kwolek meurt." BBC.com. 21 juin 2014.
• Personnel du Département de l'énergie. "Top 9 des choses que vous ne saviez pas sur la fibre de carbone." Energy.gov. 29 mars 2013.
• Personnel de la Royal Society of Chemistry. "Matériaux composites." RSC.org.
• Wilford, John Noble. "Rétablir un hommage à la brique de boue à un roi égyptien disparu." NYTimes.com. 10 janvier 2007.