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Leçons inaugurales (chaires annuelles)

La science des matériaux :
du matériau de rencontre au matériau sur mesure

Extraits de la leçon inaugurale prononcée le 13 janvier 2013
Yves BRéCHET
p. 7
Traduction(s) :
The Science of Materials: from Materials Discovered by Chance to Made-to-Measure Materials

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Notes de la rédaction

• Leçon inaugurale parue aux Éditions Fayard et disponible sur le site www.college-de-france.fr à la page du Professeur.

Cette chaire reçoit le soutien de la Fondation Bettencourt-Schueller.

Texte intégral

1Les historiens ont coutume de donner aux différents âges de l’humanité le nom des matériaux qui les ont dominés : l’âge de pierre, l’âge du cuivre, du bronze, du fer…

2On peut voir dans le XIXe siècle l’âge de l’acier, dans le XXe siècle celui des polymères et ensuite du silicium. Cette habitude est révélatrice : les étapes successives de nos civilisations matérielles sont rendues possibles par le développement des ­matériaux et des ressources énergétiques.

Copyright : Patrick Imbert, Collège de France

3Les matériaux utilisés par l’être humain ont évolué continûment, mais avec une rapidité extrêmement variable au cours de l’histoire, et une accélération considérable dans les dernières décennies. Aux temps préhistoriques, environ en - 50 000, les seuls matériaux utilisés par nos ancêtres étaient les matériaux naturels, qu’ils soient minéraux ou organiques. Le choix des matériaux était essentiellement limité par leur proximité. Un peu plus tard, disons autour de - 50, la variété des matériaux disponibles avait considérablement augmenté, les Romains avaient une excellente connaissance des céramiques, du verre, utilisaient la pierre mais aussi le mortier, et le travail des métaux, argent, or, étain, plomb, bronze et fer ­martelé, témoignait d’une bonne connaissance empirique de la métallurgie, moindre toutefois que celle rencontrée beaucoup plus tôt dans les civilisations extrême-orientales. Entre l’Empire romain et la fin du Moyen Âge, le monde des matériaux évolue relativement peu. Les ingénieurs du Moyen Âge ont appris à utiliser les matériaux de génie civil, comme le montrent les puissantes architectures religieuses, mais ils le font avec les matériaux du cru : le calcaire à Reims, la pierre volcanique à Clermont-Ferrand et le bois en Norvège. Le XIXe siècle est sans aucun doute le siècle des métaux, et en particulier des matériaux ferreux. Fontes et aciers permettent la construction de ponts, de navires, de trains, puis des voitures. La révolution industrielle est autant celle de l’acier que celle de la machine à vapeur. Le XXe siècle voit deux révolutions : les métaux et les céramiques régnaient en maîtres. Les polymères artificiels, fabriqués à partir du pétrole, font leur apparition, avec la fascinante variabilité de leurs propriétés, et la capacité de « construire » la matière au niveau atomique, en jouant sur l’arrangement des chaînes. La seconde révolution du XXe siècle est l’apparition en force des matériaux fonc­tionnels, en beaucoup moins grande quantité, mais avec de très fortes valeurs ajoutées. La révolution de l’énergie électrique avait été rendue possible avec des matériaux déjà existants. La révolution de la microélectronique a nécessité la fabrication de silicium très pur, la révolution de la fibre optique n’aurait pas pu avoir lieu sans la capacité de disposer de verres de très haute pureté avec un gradient d’indice.

4L’évolution historique que nous venons d’esquisser traduit non seulement une évolution dans les matériaux disponibles, mais aussi une évolution dans la relation de l’homme aux matériaux, passant successivement du « matériau de rencontre » au « matériau optimisé », puis à la « compétition entre matériaux optimisés », et enfin à la « construction du matériau sur mesure ». Cette évolution qui sera le fil rouge de ce cours ­traduit aussi le passage d’un savoir faire à une science, puis à un ensemble de sciences, dites « sciences de l’ingénieur ».

5C’est bien d’innovation technologique qu’il s’agit. Aujourd’hui, nous sommes confrontés à ce qu’on a pu appeler « l’hyper­choix des matériaux ». Le nombre de matériaux disponibles pour l’ingénieur est environ de l’ordre de 100 000. Les procédés­ pour les mettre en œuvre sont très variés. On découvre tous les jours de nouveaux matériaux, mais seul un nombre limité d’entre eux quitte le laboratoire : on utilise rarement un matériau pour une de ses propriétés, mais pour une combinaison de ses propriétés, et pour les possibilités de le mettre en œuvre. Et malgré la variété des matériaux dispo­nibles, dans chaque domaine applicatif, un nombre limité de familles sont dominantes : dans le bâtiment, les verres, les aciers, et les bétons, dans l’automobile, les aciers, les alliages d’aluminium et les composites polymères, dans la microélectronique, le semi-conducteur largement dominant reste le silicium. Mais l’innovation est ici bien autre chose que l’allongement d’un catalogue d’options. Les trois piliers de la science des matériaux moderne, l’optimisation des matériaux, l’optimisation du choix entre matériaux, et enfin la conception de matériaux sur mesure, constituent une évolution profonde dans l’usage que nous faisons de la matière.

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Table des illustrations

Crédits Copyright : Patrick Imbert, Collège de France
URL http://lettre-cdf.revues.org/docannexe/image/1612/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 926k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Yves BRéCHET, « La science des matériaux :
du matériau de rencontre au matériau sur mesure », La lettre du Collège de France [En ligne], 36 | décembre 2013, mis en ligne le 03 février 2014, consulté le 22 novembre 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/1612

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Auteur

Yves BRéCHET

Professeur invité sur la chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt 2012/2013. Professeur à Grenoble-INP, professeur associé à McMaster (Canada) et Jiaotong (Chine). Haut commissaire à l’énergie atomique et membre de l’Académie des sciences.

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Droits d’auteur

© Collège de France

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