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La classification des différents types de métal

Le mot « métal » désigne à la fois un élément chimique et un matériau. Il en existe une grande variété.

Aussi, avant d’aborder le chapitre sur le recyclage du métal, établissons une classification générale des métaux, leurs propriétés et leurs utilisations.

Metaux_ferreux

LES MÉTAUX FERREUX (OU FERRAILLES)

Les métaux ferreux sont constitués de plus de 90 % de fer pur ou faiblement allié à d’autres métaux. Ce sont des matériaux très utilisés dans le bâtiment et la construction en général. Ils sont faciles à travailler et résistants, mais sont souvent sensibles à la corrosion.

Le fer

Tiré du sous-sol, le fer est le métal le plus commun sur terre. C’est aussi l’un des métaux les plus important, ayant donné son nom à un âge de l’humanité. Il a un coût faible, son abondance et ses propriétés remarquables font de lui l'un des éléments les plus utilisés dans l'industrie. En revanche, le fer « rouille » facilement : son oxydation au contact de l’oxygène de l'air est rapide et conduit à sa destruction totale. Il  n'est utilisé pur que pour des soudures sur acier inoxydable par exemple. Sinon, la plupart du temps il est allié à d’autres éléments.

Eléments de base pour les métaux ferreux : Fer + Carbone + éléments d’addition (nickel, chrome, etc.). On distinguera deux sous-familles :

Les aciers

Le fer est l’élément de base de tous les aciers. Aussitôt qu’il est allié avec du carbone, il devient de l’acier. La teneur en Carbone d’un acier est toujours inférieure à 1,7%. L’acier est donc un alliage de fer et contient aussi généralement certains autres éléments. Dépendamment des éléments avec lesquels il est allié, l’acier prend des propriétés chimiques et mécaniques complètement différentes. Ici, on distinguera plusieurs aciers classifiés selon leurs domaines d’utilisation :

  • Aciers d’usage général : Ils représentent environ 85% de la consommation des aciers. Ils sont constitués d’impuretés et d’éléments d’addition comme le manganèse, le silicium, le soufre et le phosphore.
  • Aciers de traitement thermique
  • Aciers à outils, ce sont des aciers spéciaux adaptés à leurs fonctions d’outil (découpage, réalisation de moule à injection, etc.).
  • Aciers inoxydables : La principale propriété de l’acier inoxydable est sa résistance générale à la corrosion grâce au chrome qui forme une couche protectrice en surface. Les quantités de chrome varient entre 12% et 30% ce qui explique que l’acier inoxydable soit un matériau cher.

Les fontes

La fonte est un alliage de fer, de silicium et de plus de 1,7% de carbone. Elle est relativement peu coûteuse et dense. La fonte est utilisée essentiellement pour la réalisation de pièces moulées. Lorsqu’elle est chauffée et coulée, elle a une fluidité beaucoup plus élevée à des températures plus basses que l’acier, ce qui signifie qu’elle peut couler et remplir des parties d’un moule complexe avec une plus grande efficacité. On distinguera 4 sortes de fontes :

  • La fonte grise

C’est le type de fonte le plus couramment produit, se retrouvant dans tout ce qui concerne les couvercles de bouches d’égout jusqu’aux freins à disque sur les voitures. Il tire son nom de la couleur qu’il prend lors de la fracturation, qui est grise en raison de la présence de graphite servant d’additif de carbone et qui permet à la fonte d’être un peu moins fragile, facilitant son usinage.

  • La fonte ductile

C’est une fonte dans laquelle le carbone ajouté est un graphite sphérique (nodulaire). Elle est souvent utilisée pour les vilebrequins, les engrenages ainsi que les pièces soumises à des chocs. Comme pour la fonte grise c’est un matériau facile à mouler et résistant à la corrosion.

Metaux_Fonte
  • La fonte blanche : Elle est très dure et résistante à l’abrasion, mais aussi très fragile.
  • La fonte malléable :  Elle s’obtient à partir d’un traitement thermique est un matériau concurrent à la fonte ductile.

Les deux dernières sortes de fontes sont utilisées généralement pour produire des petites pièces mécaniques.

Metaux_Cuivre

Les mÉtaux non-ferreux   

La famille des métaux non ferreux est plus diversifiée que celle des métaux ferreux. Elle inclue tous les métaux et les alliages qui ne contiennent pas ou très peu de fer. On y retrouve principalement le plomb, le zinc, l’étain, le chrome et plusieurs autres. Les métaux précieux, tels que l’or, l’argent et le platine ainsi que les métaux semi-précieux comme le titane, le cuivre, le nickel et l’aluminium se retrouvent également dans cette famille.

Les métaux non ferreux coûtent souvent plus cher, ils ont tendance à être choisis pour leurs attributs uniques, plutôt que pour les façons dont ils peuvent se comporter comme l’acier. Un poids plus léger, une meilleure conductivité, une meilleure résistance à la corrosion, des propriétés non magnétiques, la tradition et une valeur décorative sont quelques-unes des raisons qui justifient le choix d’un métal non ferreux.

Voici la présentation de certains d’entre eux, les plus utilisés

L’aluminium

Aujourd’hui très répandu, l’aluminium résulte pourtant de découvertes relativement récentes. C’est le deuxième métal le plus utilisé dans l’industrie après l’acier. Mais, malgré cet usage courant, on peut encore le considérer comme un matériau noble.

Pour optimiser les propriétés de l’aluminium, celui-ci est le plus souvent utilisé sous forme d’alliage, et non pur. En fonderie, on lui associe d’autres métaux, en quantité minimale, afin de renforcer certaines de ces propriétés. Le grand avantage de l’aluminium est de pouvoir servir de base à des alliages capables de répondre aux besoins les plus exigeants en matière de résistance à la déformation, de sécurité ou de solidité. C’est ce qui explique son utilisation de plus en plus généralisée dans l’industrie aéronautique et spatiale, dans le secteur de l’automobile ou dans le BTP.

C’est aussi l’un des métaux les plus légers et plus malléables à être utilisés dans l’industrie. En effet, sa densité est d’environ un tiers de celle de l’acier ou du cuivre. Ces propriétés font de l’aluminium un matériau très pratique pour concevoir et installer des équipements robustes, légers et sur-mesure.

Le cuivre

Ce métal de couleur rouge doré a été utilisé par l'homme très tôt au cours de son histoire, dès la fin du Ve millénaire. Bien que le cuivre puisse être trouvé à l’état naturel, ses sources les plus importantes sont les minéraux cuprites, l'azurite et surtout la malachite (environ 90% du cuivre primaire provient de minerais sulfurés).

Plus solide que l’or, le cuivre est un des seuls à être présent sous forme de métal à côté de sa forme minérale, nécessitant peu de traitements annexes pour son extraction. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable et présente sur ses surfaces fraîches une teinte rosée à pêche. C'est un métal ductile possédant une conductivité électrique et thermique particulièrement élevées qui lui confèrent des usages variés. Sa malléabilité permet de le déformer facilement pour en faire des tuyaux, des pièces de monnaie et aussi des armes, mais aussi des fils électriques.

Il intervient également comme matériau de construction et entre dans la composition de nombreux alliages bronze (cuivre/étain) ; laiton (cuivre/zinc). Ils sont utilisés pour fabriquer des robinets et d'autres matériels de plomberie.

L’argent

L'argent est le plus actif chimiquement des métaux nobles, plus difficile à manier que l'or, mais plus ductile que le cuivre. Il est normalement stable dans l'air pur et l'eau, mais se ternit lorsqu'il est exposé à l’oxygène. C'est le meilleur conducteur d'électricité, mais son coût élevé ne permet pas de l'utiliser couramment. Au moins trois secteurs d’activités l’utilisent : photographie argentique, joaillerie/argenterie et électronique. À l’exception du pétrole, l’argent métallique est la marchandise qui possède le plus d’applications industrielles. Il est nécessaire aux films, rayons X et imagerie médicale.

Ce métal étant pratiquement indestructible, il n’est que partiellement récupérable. L’argent est donc consommé et ne peut être réutilisé comme c’est le cas pour l’or.

Metaux_precieux

L’or

L'or est sans doute le métal le plus ancien travaillé par l’homme : des traces de son utilisation remontent à près de 6000 ans avant Jésus-Christ. Il est rare, donc cher, malléable et résistant à l’oxydation. L'or est un excellent conducteur, capable de transporter les courants électriques les plus faibles, à des températures allant de -55 à + 200°C. Son coût élevé, lié à sa rareté, limite ses utilisations à l'industrie du luxe (la bijouterie consomme 75% de la production) et à l'électronique de pointe.

L’étain

L’étain ne se trouve pas à l’état naturel, mais est aggloméré dans d’autres roches comme la cassitérite. Celle-ci peut être réduite en un matériau gris-blanc, brillant quand on le frotte, fusible, et malléable. L’étain est rarement utilisé seul, à cause de sa trop grande malléabilité, il est plutôt exploité sous forme d'alliage avec le cuivre, pour donner le bronze.

Le plomb

On ne trouve pas le plomb à l’état pur en milieu naturel, mais bien la galène (qui est du sulfure de plomb). Le plomb est un métal gris bleuâtre, blanchissant lentement en s'oxydant Il se présente sous la forme d'un métal mou à température ordinaire. Il est très dense et conduit peu l’électricité. Il va surtout être utilisé dans le développement des armes à feu (cartouches de fusils) et les canalisations par le passé. Aujourd’hui, la principale utilisation du plomb aujourd'hui est à chercher dans les batteries de voiture.  Il est capable d’absorber les rayons X et sert de protection contre les radiations en plaques métalliques.

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