5 questions à poser lors de la sélection des matériaux pour les produits modernes

Avec la vaste sélection de matériaux disponibles aujourd'hui, il existe plusieurs défis dans la sélection des meilleurs matériaux pour les produits modernes. Compte tenu des améliorations de la technologie et du savoir-faire technique global, il existe plus de possibilités que jamais pour quels produits peuvent être créés et quels types de matériaux peuvent être utilisés.

La sélection des meilleurs matériaux à utiliser est une étape cruciale dans la création de produits modernes. Dans le passé, les défis étaient davantage centrés sur l'approvisionnement en matériaux - en particulier les matériaux abordables - et les limitations techniques du point de vue de la conception.

Néanmoins, les constructeurs, entrepreneurs et concepteurs modernes sont chargés de trouver les meilleurs matériaux sur un marché incroyablement concurrentiel. Sélectionner les mauvais matériaux peut entraîner des pertes irrécupérables à de nombreux niveaux.

Voici cinq questions que les concepteurs et constructeurs de produits devraient poser lorsqu'ils recherchent des solutions de matériaux prometteuses et compétitives.

1. Le matériau est-il léger mais solide ?

La force est un trait précieux dans de nombreux produits. Il y a très peu de situations où vous voudriez que quelque chose soit conçu pour être faible exprès. Cependant, la résistance s'accompagne traditionnellement d'un poids supplémentaire, car les matériaux plus solides nécessitent généralement plus de masse.

Dans le monde d'aujourd'hui, ce n'est plus la norme. Des matériaux tels que l'aluminium, le titane et les alliages de magnésium ont tous un rapport résistance/poids élevé, ce qui en fait les matériaux appropriés pour les trains à grande vitesse, les véhicules grand public, les avions et les 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, associées à son abondance et à son faible coût, en font l'un des meilleurs matériaux pour un large éventail d'applications, notamment les pièces d'avion, les dissipateurs thermiques, les cadres de fenêtre et la construction.

L'avenir verra sans aucun doute davantage 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 du lithium, du magnésium, du titane, de l'aluminium et du scandium pour créer un alliage nanocristallin qui a un rapport résistance/poids supérieur à tout autre matériau connu sur la planète. Si cet alliage peut devenir facilement disponible à un prix compétitif, il pourrait constituer la base d'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 forte dégradation de l'environnement, l'utilisation de matériaux acceptables d'un point de vue écologique et durable devient de plus en plus importante. Heureusement, il existe plusieurs matériaux "écologiques" ou "verts", qui présentent tous des caractéristiques favorables.

Des matériaux tels que le graphène, l'aluminium et le verre borosilicaté sont tous écologiquement souhaitables en raison de leur recyclabilité et de leur faible impact sur l'environnement tout au long de leur durée de vie. Ces matériaux et d'autres matériaux "verts" deviendront probablement encore plus courants si le monde passe à une économie circulaire, car de nombreux gouvernements ont indiqué leur intention de poursuivre dans cette voie.

Cette évolution vers des matériaux plus durables et les produits qui en découlent 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 fonctionnera-t-il sans compromettre le style ?

Les produits fabriqués à partir de matériaux légers, solides et fiables ne sont parfois utiles que s'ils correspondent aux tendances du style moderne. Ce n'est généralement pas le cas pour les applications industrielles, car les entrepôts et les centrales électriques ont peu besoin de constructions et de machines esthétiques.

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

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

C'est quelque chose qui est devenu une préoccupation majeure pour les consommateurs ces dernières années. Avec un accès accru aux produits du monde entier et une disponibilité accrue des informations sources, la demande de composants de produits issus de sources éthiques a augmenté.

Que ce soit grâce à une meilleure extraction des matières premières ou à un approvisionnement équitable, les consommateurs sont plus conscients de l'origine de leurs produits et des matériaux qui les composent.

Les concepteurs et les fabricants doivent plus que jamais s'assurer qu'ils s'approvisionnent en matériaux issus de partenariats de commerce équitable et d'une exploitation minière à faible impact environnemental afin de garantir un approvisionnement plus éthique pour leurs produits. Semblable à la demande accrue de matériaux écologiquement sains, l'approvisionnement éthiquement sain est moins un trait direct pour un seul matériau et davantage un cadre global pour sélectionner les matériaux qu'il est préférable d'utiliser. Néanmoins, c'est l'un des plus grands défis dans la sélection des matériaux pour les produits modernes.

5. Le coût du matériau est-il compétitif ?

C'est quelque chose qui compte à la fois pour le producteur et pour le consommateur. Des matériaux légers, solides, durables et esthétiques ne sont pas réalisables à moins qu'ils ne soient abordables. Étant donné que les matériaux sont généralement vendus au volume, mesuré en kilogrammes, le coût associé aura un impact plus important sur les matériaux plus lourds tels que le fer et l'acier plus que le graphène ou les plastiques légers.

Heureusement, les matériaux légers mais solides tels que l'aluminium sont abondants et relativement peu coûteux à un peu plus de 0,50 USD/0,40 € le kilogramme. D'autre part, les matériaux hautement spécialisés ou nouvellement créés avec des rapports résistance/poids similaires ou meilleurs, tels que l'alliage nanocristallin mentionné ci-dessus, peuvent être d'un coût prohibitif. 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 pour de nombreux autres aspects de la construction ou de la fabrication, il doit y avoir un terrain d'entente ou un point idéal où tout s'aligne pour créer le matériau idéal pour chaque produit prévu. Certains matériaux qui conviennent plutôt à certains projets peuvent être jugés inappropriés pour d'autres, que ce soit en raison d'exigences différentes ou de niveaux différents d'impact écologique admissible.

Par exemple, le composite de résine de fibre de verre peut être une option parfaite pour la construction de bateaux car il est solide et capable de couvrir les petites fissures et imperfections de la coque. Pourtant, le même matériau aurait des performances bien pires s'il était utilisé dans un wagon, car il existe davantage d'options de montage disponibles.

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