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FICHES de SYNTHÈSE sur les MATÉRIAUX
Sommaire
LES MÉTAUX
Le cuivre
Le fer
L’aluminium
LES MATÉRIAUX PLASTIQUES (non renouvelables)
Introduction sur le plastique
Le PVC (Polychlorure de vinyle)
LES MATÉRIAUX RENOUVELABLES
Introduction sur le bioplastique
Le PLA (Poly Acide Lactique)
Le bois
TABLEAU COMPARATIF DE CES MATÉRIAUX
Les métaux
Le cuivre - Introduction
Le cuivre est un métal naturellement présent dans la croûte terrestre (55g/tonne).
C’est le plus ancien métal utilisé par l’homme : les premières pièces de monnaie en
cuivre datent de 8 700 ans avant JC.
II n'existe plus dans la nature à l'état natif, comme dans l'antiquité. II se présente
sous forme de sels contenant 30 à 90 % de cuivre, eux-mêmes mélangés aux stériles
et quelquefois à d'autres métaux, dont certains peuvent être plus rares que le cuivre,
comme l'or et l'argent. Un minerai est considéré comme riche à partir de 1,8 % de
cuivre pur. Selon la forme des gisements et leur profondeur, il existe 2 types
d'exploitation :
- Les mines à ciel ouvert.
- Les mines souterraines.
Les principaux pays producteurs sont le Chili, avec 4 des 5 plus importantes mines
du cuivre du monde, les États-Unis, le Pérou, l'Australie, la Russie, l'Indonésie, le
Canada, la Zambie et la Pologne.
Les métaux
Le cuivre - Propriétés physiques / Utilisations
Fiche technique
Sur l’échelle galvanique des métaux, le cuivre se situe parmi les
métaux les plus nobles, juste derrière le platine, l’or et l’argent.
C’est le meilleur conducteur électrique après l’or et l’argent. C’est
également un très bon conducteur thermique.
Très bonne résistance à la corrosion
Symbole : Cu
Densité : 8930 kg/m3
Point de fusion : 1083 C
Principales utilisations
Electricité (fils, câbles) 65%
Plomberie 25%
Transports 7%
Divers (monnaie, design, sculpture,…) 3%
Les métaux
Le cuivre - Développement durable
Réserves
Réserves mondiales (2008) : 550 Millions de tonnes
Production annuelle mondiale : 15,4 Millions de tonnes
Stress : 35 ans
Impacts
Energie grise : 140 000 kWh / m3
Eau : -
Recyclage
Recyclabilité : 100 % (sans altération des performances)
Taux de recyclage mondial en 2006 : 37 %
Gain en énergie : 85 %
Gain en eau : - Gains par rapport au cuivre issu du minerai
Gain en CO2 : 65 %
Les métaux
Le Fer - Introduction
Le fer est le 6ème élément le plus abondant dans l'Univers. Il est présent à
hauteur de 5% en masse dans la croute terrestre.
La majeure partie du fer dans la croûte terrestre est combinée avec de
l'oxygène, formant des minerais d'oxyde de fer, tels que l'hématite (Fe2O3),
la magnétite (Fe3O4) et la limonite (Fe2O3.nH2O).
L'oxyde magnétique ou magnétite est connu depuis l'Antiquité grecque, il y
a plus de 3000 ans.
Le fer n'est pratiquement pas utilisé à l'état pur, mais plutôt sous
forme de fonte ou d'acier qui sont les principaux alliages du fer:
• la fonte contient de 2,1 % à 6,67 % de carbone
• l'acier contient de 0,025 % à 2,1 % de carbone
Les principaux pays producteurs de minerai de fer sont l’Australie, le Brésil,
la Chine, les Etats Unis, le CEI (Communauté des États Indépendants).
Les métaux
Le Fer - Propriétés physiques / Utilisations
Fiche technique
La fonte se moule très bien, mais est relativement cassante.
L’acier résiste très biens aux efforts, aux chocs, et possède une dureté
importante.
Symbole : Fe
Densité : 7320 kg/m3
Point de fusion : 1 538 C
Principaux secteurs d’utilisation de l’acier et de la fonte
La construction (ponts, armatures du béton, squelettes de bâtiments)
L’automobile (55 à 70% du poids des véhicules)
Industrie alimentaire (emballages, boites de conserve)
Les métaux
Le Fer - Développement durable
Réserves
Réserves mondiales (2008) : 150 Milliards de tonnes
Production annuelle mondiale : 1,9 Milliards de tonnes
Stress : 79 ans
Impacts
Energie grise : 60 000 kWh / m3 (tuyau d’acier)
Eau : 25 litres / kg (acier)
Recyclage
Recyclabilité : 100 % (sans altération des performances)
Taux de recyclage européen de l’acier : 62 %
Gain en énergie : 74 %
Gain en eau : 40 % Gains par rapport au fer issu du minerai
Gain en CO2 : 58 %
Pour information:1 tonne d’acier recyclé permetd’économiser : 1,5 tonne de minerai defer, 0,5 tonne de coke, 9 mois deconsommation en énergie d’un habitant,6 mois de la consommation en eau d’unhabitant, 70 % de l’énergie nécessaire àla production d’une tonne d’acier neuf, etpermet d’éviter l’émission de gaz d’unevoiture roulant sur 8 500 km.
Les métaux
L’aluminium - Introduction
L’aluminium est omniprésent dans la nature où il constitue 8% de l'écorce
terrestre. Mais il a fallu attendre le XIXème siècle pour que l'aluminium soit
enfin isolé et identifié.
Cette découverte si tardive s'explique par le fait que l'aluminium n'existe
pas à l'état natif. Il n'est pas facile à isoler, son affinité pour l'oxygène
l'amène, en effet, à se lier à ce dernier dans des combinaisons chimiques
difficiles à décomposer : argiles, schistes et mica… qui rendent en effet
indécelable sa nature métallique.
Il est principalement extrait de la bauxite, minerai où il est présent sous
forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. La production d’une tonne
d’aluminium nécessite de quatre à cinq tonnes de bauxite.
Les principaux pays producteurs de bauxite sont l’Australie, la Guinée, le
Brésil, la Jamaïque, la CEI et la chine.
Les métaux
L’aluminium - Propriétés physiques / Utilisations
Fiche technique
En tonnage et en valeur, l’aluminium est le métal le plus utilisé après
le fer, grâce à sa légèreté et sa bonne conductivité électrique et
thermique. L’aluminium pur est mou et fragile, mais avec des petites
quantités de cuivre, magnésium, manganèse, silicium et d’autres
éléments, il peut former des alliages aux propriétés variées.
Très bonne résistance à la corrosion
Symbole : Al
Densité : 2698,9 kg / m3
Point de fusion : 660,3 C
Principales utilisations
Transports 25%
Emballages 21%
La construction 21%
Les biens de consommation 24%
Les fils électriques 9%
Les métaux
L’aluminium - Développement durable
Réserves
Réserves mondiales (2008) : 27 Milliards de tonnes
Production annuelle mondiale : 205 Millions de tonnes
Stress : 131 ans
Impacts
Energie grise : non recyclé: 190 000 kWh / m3
recyclé: 17 992 kWh / m3
Eau : 125 000 litres / kg
Recyclage
Recyclabilité : 100 % (sans altération des performances)
Taux de recyclage mondial : 35 %
Gain en énergie : 95 %
Gain en eau : 1,07 m3/t Gains par rapport à l’aluminium issu du minerai
Gain en CO2 : 92 %
Pour information:le recyclage de 1 kgd'aluminium peutéconomiser environ 5kg de bauxite, 4 kg deproduits chimiques et14 kWh d'électricité
Les matériaux plastiques (non renouvelables)
Le Plastique - Introduction
Un matériau est "plastique" si après avoir été modelé ou déformé par une
action externe (chauffage, pression, …) il est capable de conserver la
forme souhaitée.
Le plastique est un matériau incontournable
de nos jours. Sa production a augmenté de
façon fulgurante depuis 1950.
Production de plastique dans le monde en 2007
(en millions de tonnes)
Les matériaux plastiques(non renouvelables)Le Plastique - Introduction
Son succès phénoménal est dû au fait qu’il peut allier légèreté,
malléabilité, imperméabilité, esthétique (coloration), résistance, rigidité,
modularité à l'envi, techniques de production adaptées à chaque produit et,
bien sûr, excellent rapport propriétés/coûts.
Du maillot de bain
aux pare-chocs
automobiles en
passant par
l'emballage,
l'agriculture,
l'électroménager, la
construction, les
objets de loisirs, le
plastique est
partout.
Les matériaux plastiques(non renouvelables)Le Plastique - Introduction
Le plastique existe dans la nature et a toujours été utilisé par l’homme. L’ambre,
la résine des arbres, la laine, l’écaille, les cheveux sont des matériaux plastiques.
Les polymères sont les constituants essentiels des matières plastiques. Ce sont
des molécules géantes formées de longues chaînes de molécules plus petites
accrochées les unes aux autres.
La cellulose est le plus commun des polymères naturels. Elle se trouve dans les
arbres, l’herbe, le lin, le chanvre, le coton. C’est à partir de cette substance que les
chimistes ont commencé tout naturellement à travailler pour faire leurs premières
expériences et inventer les plastiques artificiels puis les plastiques synthétiques.
Les matières plastiques sont donc des matériaux organiques artificiels (cellulosedu coton, de la pulpe d'arbre, ou amidon du maïs, du manioc, du blé, de la pomme deterre), ou de synthèse (issus du pétrole, gaz).
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Le Plastique - Introduction
A l’heure actuelle et pour des raisons économiques, les plastiques de
synthèse sont les plus répandus (98 à 99% des plastiques).
La matière première généralement utilisée pour réaliser ces plastiques de
synthèse est le pétrole (4% du pétrole extrait).
Composition d’un plastique :
Plastique = polymère brut (résine de base) + charges + plastifiant + additifs
- La résine de base apporte de la cohésion au matériau
- Les charges diminuent le coût de la pièce, améliorent certaines propriétés
mécaniques ou des propriétés spécifiques (conductivité électrique avec des
paillettes de métal, propriétés mécaniques avec des fibres de verre…)
- Le plastifiant rend le composé obtenu plus flexible, plus résilient, diminue les
températures de transition vitreuse et de mise en œuvre.
- Les additifs améliorent les propriétés chimiques et physiques, notamment la
résistance aux chocs, la couleur, la plasticité, la résistance au vieillissement, …
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Le Plastique - Introduction
Les plastiques de synthèse (synthétiques) se répartissent en deux grandes
catégories :
Les thermoplastiques
Se sont des plastiques malléables qui peuvent être chauffés, refroidis pour
donner une forme, puis chauffés à nouveau pour obtenir une autre forme. Ils
sont donc recyclables.
Les thermodurcissables
Se sont des plastiques qui se figent, se rigidifient dès la première
transformation, leur forme ne peut pas être modifiée. Ils ne sont donc pas
recyclables.
En proportions, la production de thermoplastiques et environ 4 fois plus importante
que celle des thermodurcissables.
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Le Plastique - Introduction
La fin de vie du plastique: Le recyclage et la valorisation énergétique des
déchets plastiques post-consommation varient considérablement d’un pays à
l’autre.
Une récente étude
montre que 7% de
l’objectif de l’UE en
termes d’émissions de
gaz à effet de serre
(protocole de Kyoto)
seraient acquis si tous
les déchets plastiques
actuellement mis en
décharge étaient
aiguillés vers une
combinaison de
recyclage et de
valorisation
énergétique.
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Découvert par le Français Regnault en 1835 et produit de façon
industrielle dès 1931, le PVC (Polychlorure de Vinyle) est un polymère
thermoplastique (donc recyclable) de synthèse.
Il est le 3ème plastique le plus utilisé dans le monde (16,5% de
l'ensemble des plastiques) après les polyéthylènes (32 %) et les
polypropylènes (20 %).
Le PVC est constitué de 43 % d’éthylène (résidu du raffinage pour
transformer le pétrole en carburant), et de 57 % de chlore issu du sel.
Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Introduction
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Fiche technique
La combustion du PVC pur apporte 5,6 kWh par kg
PVC sous forme de déchets apporte 3,3 kWh par kg
Imperméable (étanche aux gaz et aux liquides), auto-extinguible
Résistant aux UV (si traité), à la plupart des agents agressifs (lessives,
acides, sels, eau de mer, essence, huile, ciment, …), imputrescible
Bon isolant électrique, thermique et phonique
Léger, facile à mettre en œuvre, soudable, collable, peu onéreux
Densité : 1380 kg/m3
Température max d’utilisation: 55 à 70 C (transition vitreuse Tv: 81 C)
Température de fusion (décomposition): 180 C
Principales utilisations
Il est omniprésent: tubes, gaines électriques, gouttières, vêtements, jouets,
fenêtres, volets, meubles de jardin, lambris, bardages, films agricoles…
Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Propriétés physiques / Utilisations
Les matériaux plastiques(non renouvelables)
Le PVC (Polychlorure de vinyle) - Développement durable
Production
Production annuelle mondiale : 37 Millions de tonnes (2008)
Impacts
Energie grise : PVC: 27 000 kWh / m3
Eau : 550 litres / kg
Recyclage
Recyclabilité : 100 % (altération progressive des propriétés mécaniques)
(Pour les profilés de fenêtres PVC, recyclage possible 10 à 15 fois)
Taux de recyclage européen du PVC : 2 à 3% en 2009 (190 324 tonnes)
Gain en énergie : ≈ 54 % (10,6 kWh / kg)
Gain en eau : - Gains par rapport au PVC
Gain en CO2 : ≈ 55% (1,8 kg de CO2 / kg) vierge
Les matériaux renouvelables
Le plastique artificiel (bioplastique) - Introduction
Les plastiques artificiels issus de végétaux (bioplastiques) sont d’ores et
déjà utilisés pour fabriquer un large éventail de produits : emballages, sacs
poubelles, rasoirs gobelets et assiettes jetables, couches-culottes,
moquettes, coques pour téléphone ou ordinateur…
Ce bioplastique ne représentait en 2007 que 0,3% du marché mondial mais
devrait connaître une forte croissance, en raison de l'augmentation des prix
du pétrole et des obligations de recyclage et de respect de l'environnement.
Ces polymères d’origine végétale pourraient représenter de 5 à 10% des
emballages et films d’ici 2015.
Ils sont recyclables, renouvelables, réutilisables, biodégradables et
compostables (à 60 C et 100% d’humidité). Ils se résorbent en trois à huit
semaines au lieu de 1 à 4 siècles pour les plastiques de synthèse.
Les matériaux renouvelablesLe plastique artificiel (bioplastique) - Introduction
Croissance du marché des
polymères bioplastiques
Les différents bioplastiques:
Le plastique artificiel (bioplastique) -Introduction
Les matériaux renouvelables Le plastique artificiel (bioplastique) -Introduction
Leurs compositions,
applications, avantages
et inconvénients :Le PLA (acide polylactique) - IntroductionLe PLA est un thermoplastique
biodégradable, provenant de
ressources renouvelables. Bien
que connu depuis plus d'un
siècle, il a eu un intérêt
commercial seulement au cours
des dernières années, à la
lumière de sa biodégradabilité.
Il est généralement obtenu à
partir de la canne à sucre, de
racines, ou d'amidon de maïs, ce
qui en fait la première alternative
naturelle au polyéthylène.
Les matériaux renouvelables
Le PLA (Poly Acide Lactique) - Propriétés physiques / Utilisations
Fiche technique
Léger, facile à mettre en œuvre
Transparence proche du cristal
Le plus économique des bioplastiques
Antistatique, anti-condensation, toucher naturel
Densité : 1250 kg/m3
Température de transition vitreuse (Tv): 58 C
Température de fusion : 152 C
Principales utilisations
Le PLA est utilisé dans l'alimentation pour l'emballage, pour les sacs et cabas
en plastiques distribués dans les commerces, les gobelets jetables. Il est utilisé
également en chirurgie pour les sutures biodégradables.
Les matériaux renouvelables
Le PLA (Poly Acide Lactique) - Développement durable
ProductionProduction annuelle mondiale : ≈ 340 000 tonnes en 2010
(572 000 tonnes tous bioplastiques confondus)
ImpactsL’utilisation de bioplastiques, plutôt que des plastiques issus des hydrocarbures, permet
une réduction des rejets de gaz à effet de serre (CO2) lors de la production. En effet, les
plantes ayant servi à la fabrication du bioplastique ont absorbé du CO2 pendant leur
croissance. Après leur utilisation, les bioplastiques vont restituer le carbone qu'ils contiennent
sous forme de CO2. Le bilan carbone est neutre en théorie mais il faut prendre en compte les
facteurs émetteurs de CO2 tel que les engrais ou l'énergie nécessaire à la transformation du
matériau.
L’utilisation des bioplastiques d’origine végétale en substitution aux polymères d’origine
pétrolière permet d’éviter l’émission de 30 à 75% de CO2
RecyclageLe PLA se dégrade à 100% en 45 à 90 jours par compostage à 60 C et 100% d’humidité.
Recyclabilité : 100% (Grâce à la dépolymérisation thermique , un acide lactique hautement purifié est extrait
et peut être considéré comme matière première pour la fabrication de PLA vierge sans perte de propriétés originales)
Les matériaux renouvelablesLe Bois - Introduction
Le bois est un matériau apprécié pour ses propriétés mécaniques, pour son
pouvoir calorifique, il est une matière première pour l'industrie chimique
(principalement tiré du tronc des arbres ou des bambous). Il a de nombreux
usages dans le bâtiment et l'industrie, papetière notamment, et en tant que
combustible.
Consommation du bois dans le monde (exprimée en m³ par habitant et par an)
Japon : 1 Finlande : 1 Danemark : 0,88 Canada : 0,66
Norvège : 0,60 États-Unis : 0,44 Suède : 0,43 Irlande : 0,40
Pays-Bas : 0,26 Allemagne : 0,21 France : 0,183 Royaume-Uni : 0,16
Principaux pays ayant des
ressources en bois en %:
Les matériaux renouvelablesLe Bois – Propriétés physiques / Utilisations
Fiche technique
La combustion du bois apporte 3,5 Wh par kg
(1 stère de bois équivaut à 0,147 tonne équivalent-pétrole = 1480 kWh)
Léger, résistant (traction, compression), isolant thermique (12 fois plus que le béton)
Densités : Chêne 710 kg/m3 ; Frêne 720 kg/m3 ; Hêtre 680 kg/m3
Châtaignier 620 kg/m3 ; Peuplier 460 kg/m3
Pin Sylvestre 530 kg/m3 ; Sapin 450 kg/m3 ; Épicéa 510 kg/m3
Douglas 540 kg/m3 ; Mélèze 600 kg/m3
Principales utilisations
Le bois est utilisé pour de multiples applications:
Bois énergie: 1ère utilisation du bois au niveau mondial, comme combustible de chauffage
Bois d’œuvre: charpentes, traverse de chemin de fer, coffrages à béton, échafaudages,
palettes, emballages, parquets, menuiserie…
Bois d'industrie (exploités en rondins): poteaux télégraphiques, pâte à papier
Les matériaux renouvelablesLe Bois – Développement durable
Réserves
Production de la forêt en France (13 principales essences de bois) est
environ de 75 à 100 millions de m³ par an
Consommation de bois en France: 55 millions de m³ / an
Impacts
Énergie grise : Bois de feuillu découpé, séché à l'air : 108 kWh / m³
Bois de feuillu découpé, séché au four : 431 kWh / m³
Bois de conifère découpé, séché à l'air : 43 kWh / m³
Bois de conifère découpé, séché au four : 244 kWh / m³
Bois d’œuvre : 180 kWh / m³
Bois lamellé collé et aggloméré : 2200 kWh / m³
Panneau fibre de bois (tendre) : 1400 kWh / m³
Eau : -
Pour information:1 m³ de bois stocke et fixe 1 tonne deCO2. Par comparaison, la productiond’1m³ d'acier génère 5 tonnes de CO2.1 ha de forêt de chênes absorbe par an22 tonnes de CO2 et rejette 16 tonnesd'oxygène.
Les matériaux renouvelablesLe Bois – Développement durable
Le bois est une ressource renouvelable (tant qu’il n’est pas surexploité) ,
son utilisation permet d’économiser d’autres énergies qui elles ne le sont
pas. Il est donc un matériau fondamental pour le développement durable
pour diverses raisons:
Les bois durs se régénèreront en 100 ans environ en zone tempérée
et en 200 à 700 ans en zone tropicale. Un litre de pétrole brut utilisé
mettra plusieurs millions d'années à se reconstituer.
Le bois est un puit de carbone, il absorbe une partie du dioxyde de
carbone (principal gaz à effet de serre) excédentaire dans notre
atmosphère. Un tonne de bois stocke en moyenne une tonne de
CO2, l’utilisation de bois d'œuvre permet donc de stocker du CO2, à
condition de gérer convenablement les forêts.
Les matériaux renouvelablesLe Bois – Développement durable
Le bois consomme peu d'énergie fossile pour sa production,
comparativement par exemple au ciment, ou à l'acier qui demandent
une extraction minière, beaucoup d'énergies fossiles et génèrent
une pollution significative.
Le bois, source d'énergie, ne contribue pas au développement de
l'effet de serre. Sa combustion, faite dans de bonnes conditions,
produit autant de dioxyde de carbone que la quantité prise par les
arbres au cours de leur croissance.
Les matériaux renouvelablesLe Bois – Développement durable
Les labels de certifications du bois
Le label FSC (Forest Stewardship Council):Le FSC (Conseil international de gestion forestière), créé en 1993, est une organisation
non gouvernementale indépendante qui œuvre pour favoriser la gestion durable des forêts au
niveau mondial.
Cela implique la protection de l’environnement, des retombées sociales bénéfiques, et d’être
économiquement rentable.
Le label FSC signale au public un produit correspondant à un cahier des charges clair,
transparent et vérifié par des certificateurs indépendants, avec la caution d’une des plus
grandes ONG environnementales (le WWF et Greenpeace).
Le label PEFC (Programme for the Endorsement of Forest Certification):La création de ce Programme Européen des Forêts Certifiées remonte à 1998. Le label
PEFC garantit que le matériau bois est issu de forêts qui sont gérées durablement en fonction
de règles définies précisément région par région.
De l'avis majoritaire, le label FSC permet d'identifier de manière plus sûre, que
le label PEFC, une exploitation forestière réellement gérée de manière durable.
COMPARATIF de ces MATÉRIAUX
Tableau comparatif
Cuivre Fer Aluminium PVC PLA Bois
Densité(kg/m3)
8930 7320 2698,9 1380 1250710
(chêne)
Réserves mondiales (Millions de tonnes)
550 (2008)
150 000(2008)
27 000 (2008)
- - -
Stress(années) 35 79 131 Illimité
Illimité(si exploitation
raisonnée)
Énergie grise(kWh/m3)
140 000 60 000 190 000 14 700 - 108(feuillu séché à l’air)
Taux de recyclage 37 % (2006)
62 %(Acier en Europe)
35 % (2006)
2 à 3%(2009)
- -
Économiesdu recyclage
CO2:Énergie:
65 %85 %
58 %74 %
92 %95 %
≈ 55 %≈ 54 %