ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

10 / ALS Mag François Mudry Président de l’IRT-M2P et de Metafensch Ancien directeur scientifique d’Arcelor Mittal, ancien directeur des recherches de l’Ecole des Mines de Paris, est actuellement Président de l’IRT-M2P de Metz et de Metafensch à Thionville. Les matériaux métalliques et leurs procédés Un métal se caractérise par la liaison métallique entre ses atomes constituants. Les atomes sont assemblés en réseau régulier et mettent en commun certains électrons de leur couche externe. Il se constitue ainsi un nuage électro- nique où les électrons peuvent se déplacer relati- vement librement d’un atome à l’autre. Ils se meuvent presque librement dans un potentiel électrostatique résultant de l’attraction due aux atomes régulièrement espacés et de la répulsion due aux autres électrons 1 . Au sens strict, un métal est un des 92 2 éléments simples de la table de Mendeleïev. Celle-ci contient 6 métalloïdes aux propriétés semi- conductrices (Si, Ge, etc.), 17 non-métaux présents dans les polymères (C, N, O, H, etc..) et, donc, 69 métaux dits purs qui forment la vaste majorité des éléments naturels. Parmi eux, des éléments de transition de la quatrième ligne du tableau sont les plus courants : Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn. Il faut y ajouter l’aluminium et le magnésium de la troisième ligne ainsi que peut-être l’or, l’argent, l’étain et le plomb au-delà. En fait aujourd’hui, presque tous les éléments métalliques du tableau sont utilisés dans une application ou une autre. Chacun de ces métaux, à l’état solide, se dispose en un réseau tridimensionnel dense, défini par sa maille élémentaire qui se reproduit à l’infini 3 . Si nous prenons le cas du fer, on le trouve sous la forme cubique centrée : un atome aux 8 coins d’un cube et un au centre du cube, ou sous la forme cubique face centrée avec un atome aux 8 coins du cube et un au milieu de chacune des 6 faces. Ces deux mailles élémentaires sont, avec la maille hexagonale compacte, les plus fré- quentes. Les métaux peuvent passer d’une forme à l’autre en fonction de la température, de la pression ou de la présence de tel ou tel atome étranger en quantité suffisante. On dit qu’il y a un changement de phase. Tous les métaux rencontrés dans la vie courante ne sont pas des métaux purs mais des mélanges d’atomes dans une matrice d’accueil constituée du réseau d’atomes d’un métal pur . Par exemple, l’acier est essentiellement constitué d’atomes de fer rangés en réseau cubique centré avec des atomes de carbone coincés entre ces derniers 4 . Le bronze, inventé par nos lointains ancêtres, l’airain cruel des grecs, est une matrice de cuivre avec 3% à 20% d’étain 5 . Ces mélanges sont appelés des alliages 6 . Lorsqu’on mélange ainsi divers corps purs, apparaissent des phases, c’est- à-dire des composés correspondant à un arran- gement particulier des atomes. Chacun connaît le cas particulier du sel NaCl avec les atomes de sodium et de chlore répartis régulièrement : un sodium, un chlore occupant chacun les sommets d’un cube simple. Il y a ainsi des multitudes de phases dans les métaux. Elles ont des propriétés différentes de celles de la matrice qui les entoure. QU’EST-CE QU’UN MATÉRIAU MÉTALLIQUE ? L es métaux sont parmi les premiers matériaux utilisés par l’homme. Leur présence est d’ailleurs un marqueur pour dater la fin de l’âge de pierre. L’humanité a ensuite connu l’âge du cuivre, celui du bronze et enfin celui du fer. Bien entendu, depuis la révolution industrielle, nous disposons aujourd’hui, en grandes quantités, d’une multitude de matériaux. Les métaux conservent néanmoins une place importante en volume et en masse malgré le développement massif des matériaux polymères.