Le matériau composite : définition et caractéristiques

Un matériau composite est un assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles mais possédant une forte capacité d’adhésion. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Cette combinaison permet d’améliorer la qualité de la matière pour des utilisations spécifiques, la rendant par exemple plus légère ou plus rigide.

Structure d’un matériau composite

Un matériau composite est généralement constitué de deux éléments principaux :

• Le renfort : aussi appelé ossature, il assure la tenue mécanique du matériau. C’est ce qui permet aux composites d’avoir des propriétés isotropes, anisotropes ou orthotropes.
• La matrice : elle protège le renfort, assure la cohésion de l’ensemble et transmet les efforts mécaniques au renfort. Il s’agit généralement d’une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable), mais peut aussi être métallique ou céramique.

Types de matériaux composites

On distingue trois grandes familles de matériaux composites en fonction de la nature de la matrice :

• Les composites à matrice organique (CMO) : ils représentent les volumes les plus importants à l’échelle industrielle.
• Les composites à matrice céramique (CMC) : réservés aux applications de très haute technicité et travaillant à haute température comme le spatial, le nucléaire et le militaire.
• Les composites à matrice métallique (CMM) : utilisent une matrice métallique telle que le magnésium ou l’aluminium avec un renfort en fibres à haute résistance.

On peut également classer les composites selon leurs performances :

• Les matériaux composites de grande diffusion : propriétés mécaniques plus faibles mais coût compatible avec une production en grande série.
• Les matériaux composites de hautes performances : présentant des propriétés mécaniques spécifiques élevées mais à coût unitaire important, souvent employés en aéronautique et dans le domaine spatial.

Exemples de matériaux composites

Parmi les exemples courants, on trouve :

• Le bois composite (ou bois plastique) : assemblage de fibres de bois et de polymères thermoplastiques comme le polypropylène (PP), polyéthylène (PE) ou PVC.
• Les composites renforcés de fibres : verre, carbone, kevlar (aramide), chanvre ou lin.
• Le béton armé : composite de béton de ciment et d’acier.
• Les nanocomposites : utilisant des nanomatériaux comme le graphène ou les nanotubes de carbone.

Avantages des matériaux composites

Les matériaux composites offrent plusieurs avantages significatifs :

• Aptitude à être conçus « à la carte » pour répondre à des besoins spécifiques.
• Masse volumique très faible permettant un allègement des structures, particulièrement important dans l’industrie aéronautique et spatiale.
• Insensibilité à la corrosion.
• Possibilité de fabrication en une seule opération de pièces de grande taille et de formes complexes.
• Amélioration de la résistance, rigidité et durabilité par rapport aux matériaux traditionnels.

Grâce à ces propriétés exceptionnelles, les matériaux composites connaissent une utilisation croissante dans de nombreux secteurs industriels, de l’aéronautique à l’automobile, en passant par les articles de sport et la construction.