5 questions clés pour guider la sélection des matériaux pour les produits modernes

Avec la vaste sélection de matériaux disponible aujourd'hui, il y a plusieurs défis dans la sélection des meilleurs matériaux pour les produits modernes. Données les améliorations en technologie et en savoir-faire technique global, il y a plus de possibilités que jamais pour quels produits peuvent être créés et quels types de matériaux peuvent être utilisés.

Sélectionner les meilleurs matériaux à utiliser est une étape cruciale dans la création de produits modernes. Dans le passé, les défis étaient centrés davantage sur l'approvisionnement en matériaux — surtout abordables — et les limitations techniques d'un point de vue conception.

Néanmoins, les constructeurs, entrepreneurs et concepteurs modernes sont chargés de trouver les meilleurs matériaux dans un marché incroyablement compétitif. Sélectionner les mauvais matériaux pourrait entraîner des pertes irrécupérables à tant de niveaux.

Voici cinq questions que les concepteurs de produits et constructeurs devraient se poser lors de la recherche de solutions matérielles prometteuses — et compétitives.

1. Le matériau est-il léger mais résistant ?

La résistance est un trait précieux dans de nombreux produits. Il y a très peu de situations où vous voudriez quelque chose conçu pour être faible exprès. Cependant, la résistance a traditionnellement été accompagnée de poids ajouté car les matériaux plus résistants nécessitaient généralement plus de masse.

Dans le monde d'aujourd'hui, ce n'est plus la norme. Des matériaux comme l'aluminium, le titane et les alliages de magnésium ont tous des rapports résistance/poids élevés, ce qui en fait les bons matériaux pour les trains à grande vitesse, véhicules de consommation, avions et engins spatiaux.

L'aluminium a une résistance à la traction de 90 MPa avec une densité de seulement 2,7 g/cm³ à 20 °C. Ces propriétés, en combinaison avec son abondance et son faible coût, en font l'un des meilleurs matériaux pour une large gamme d'applications, y compris les pièces d'avion, dissipateurs thermiques, cadres de fenêtres et construction.

L'avenir verra sans doute plus d'utilisations de ces métaux, ainsi que de nouvelles combinaisons d'alliages améliorées.

Récemment, une équipe internationale de chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord aux États-Unis et de l'Université du Qatar a créé un nouveau matériau. Ils ont combiné lithium, magnésium, titane, aluminium et scandium pour faire un alliage nanocristallin qui a un rapport résistance/poids plus élevé que tout autre matériau connu sur la planète. Si cet alliage peut devenir facilement disponible à un prix compétitif, il pourrait être la fondation pour une nouvelle génération de produits utilisés pour les voyages terrestres, maritimes et spatiaux, ainsi que de nombreuses autres applications utiles.

2. Le matériau est-il écologiquement acceptable ?

À l'ère du changement climatique et de la dégradation environnementale élevée, l'utilisation de matériaux acceptables d'un point de vue écologique et durable devient de plus en plus importante. Heureusement, il y a plusieurs matériaux « écologiques » ou « verts », qui abritent tous des traits favorables.

Des matériaux comme le graphène, l'aluminium et le verre borosilicate sont tous écologiquement désirables en raison de leur recyclabilité et de leur faible impact sur l'environnement sur leur durée de vie produit. Ces matériaux et d'autres « verts » deviendront probablement encore plus courants si le monde bascule vers une économie circulaire, comme de nombreux gouvernements ont indiqué leur intention de le poursuivre.

Ce passage vers des matériaux plus durables et les produits qui en résultent représente un nouveau défi dans la sélection des matériaux pour les produits modernes, mais c'est un défi considérable et fondamental qui deviendra de plus en plus important à l'avenir.

3. Le matériau performera-t-il sans compromettre le style ?

Les produits faits de matériaux légers, résistants et fiables ne sont parfois précieux que s'ils correspondent aux tendances de style modernes. Ce n'est généralement pas le cas pour les applications industrielles, car les entrepôts et centrales électriques ont peu besoin de construction et machines esthétiquement plaisantes.

Cependant, tout ce qui est fabriqué pour les consommateurs devra probablement passer le test de l'œil autant que les tests de traction et de dureté. Les appareils électroménagers, véhicules, électroniques et autres produits ne se vendront très probablement pas s'ils ne sont pas faits avec des matériaux visuellement attrayants.

4. Le matériau est-il extrait ou obtenu par un approvisionnement éthique ?

C'est quelque chose qui est devenu une préoccupation plus grande pour les consommateurs ces dernières années. Avec un accès accru aux produits du monde entier et une disponibilité accrue d'informations sur les sources, il y a eu une hausse de la demande pour des composants de produits provenant de sources éthiques.

Que ce soit par l'amélioration de l'extraction des matières premières ou l'approvisionnement commerce équitable, les consommateurs sont plus conscients des origines de leurs produits et des matériaux qui les composent.

Les concepteurs et fabricants maintenant plus que jamais doivent s'assurer qu'ils obtiennent leurs matériaux de partenariats commerce équitable et d'extraction à impact environnemental plus faible pour garantir un approvisionnement plus éthique pour leurs produits. Similaire à la demande accrue pour des matériaux écologiquement sains, un approvisionnement éthiquement sain est moins un trait direct pour un matériau unique et plus un cadre global pour sélectionner quels matériaux sont les meilleurs à utiliser. Néanmoins, c'est l'un des plus grands défis dans la sélection des matériaux pour les produits modernes.

5. Le matériau est-il compétitif en coût ?

C'est quelque chose qui importe à la fois au producteur et au consommateur. Les matériaux légers, résistants, durables et esthétiquement plaisants ne sont pas faisables s'ils ne sont pas abordables. Données que les matériaux sont généralement vendus par volume, mesurés en kilogrammes, le coût associé impactera plus les matériaux plus lourds comme le fer et l'acier que le graphène ou les plastiques légers.

Heureusement, les matériaux légers mais résistants comme l'aluminium sont abondants et relativement peu coûteux à un peu plus de 0,50 USD/0,40 € par kilogramme. D'un autre côté, des matériaux hautement spécialisés ou nouvellement créés avec des rapports résistance/poids similaires ou meilleurs, comme l'alliage nanocristallin mentionné ci-dessus, peuvent être prohibitivement chers. Dans de nombreux cas, l'évaluation du coût des matériaux disponibles est le facteur décisif, tous les autres aspects étant relativement égaux.

Comment trouver le bon équilibre

Comme avec de nombreux autres aspects de la construction ou de la fabrication, il faut un terrain d'entente ou un point idéal où tout s'aligne pour créer le matériau idéal pour chaque produit visé. Certains matériaux qui sont plutôt adaptés pour certains projets peuvent être jugés inappropriés pour d'autres, que ce soit par des exigences différentes ou des niveaux différents d'impact écologique admissible.

Par exemple, le composite résine fibre de verre peut être une option parfaite pour la construction de bateaux car il est résistant et capable de couvrir de petites fissures et imperfections dans la coque. Pourtant, le même matériau performerait beaucoup moins bien s'il était utilisé dans un wagon de train car il y a des options plus adaptées disponibles.

Avec les cinq questions directrices ci-dessus, vous pouvez construire un cadre initial pour identifier quels matériaux sont mieux adaptés pour vos produits et projets particuliers.