Tous les métaux et alliages qui ne contiennent pas de fer sont appelés métaux non ferreux. On répartit généralement ces métaux non ferreux en métaux lourds ( masse volumique > 5 kg/dm3 ) et métaux légers ( masse volumique < 5 kg/dm3 ).
Ils sont pour la plupart non magnétiques.
3.1.2 Le cuivre ( Cu )
Dans la nature, on trouve le cuivre sous
forme de sulfure de cuivre. Sa teneur en cuivre est de 1 %. L'affinage par électrolyse du cuivre donne du cuivre de grande pureté appelé cuivre électrolytique, le seul utilisé en électrotechnique ( 99,99 % de Cu ).
C'est le meilleur conducteur de la chaleur et de l'électricité après l'argent.
Masse volumique: 8,9 kg / dm3
Point de fusion: 1084 °C
Résistivité: 0,0168 Ohm mm2 / m
Le cuivre est principalement utilisé pour les conducteurs électriques, que ce soit en fils paratonnerre, fils T isolés, en barres massives dans les tableaux ou dans les câbles TT ou Tdc. Il s’agit dans tous les cas d’un cuivre électrolytique.
3.1.2.1 Les alliages de cuivre :
a) le laiton ( Lt )
Ses composants essentiels sont le cuivre ( entre 60 et 90 % ) et le zinc. Sa dureté est plus élevée que celle du cuivre.
Masse volumique: 8,5 kg / dm3
Point de fusion: 932 °C
Résistivité: 0,07 Ohm mm2 / m
Le laiton est utilisé en lustrerie et dans la visserie afin d'imiter la couleur de l'or mais aussi pour les bornes de jonctions dans les tableaux électriques.
b) le bronze ( Bz )
Ses composants essentiels sont le cuivre et l'étain ( 6 à 12 % ). Il est plus dur mais plus fragile que le cuivre.
Masse volumique: 8,8 kg / dm3
Point de fusion: 900 ou 1700 °C
Résistivité: 0,03 Ohm mm2 / m
Le bronze est utilisé pour ses propriétés mécaniques, par exemple pour les coussinets de paliers des moteurs électriques ( car le frottement acier - bronze est faible ), pour la fabrication de cloches de sonnerie grâce à son excellent timbre ou alors pour les statues.
c) le maillechort
C'est un alliage de cuivre, de nickel ( 7 à 30 % ) et de zinc ( 25 % ).
Masse volumique: 8,4 kg / dm3
Point de fusion: 930 °C
Résistivité: 0,3 Ohm mm2 / m
On l'utilise pour la fabrication de lames de supports de contacts, de rhéostats, etc…
d) la manganine
La manganine est composée de cuivre ( 84 %), de nickel ( 4% ) et de manganèse ( 12 % ). Son coefficient de température est faible, ce qui signifie que la résistance électrique augmente très faiblement avec la température.
Masse volumique: 8,4 kg / dm3
Point de fusion: 900 °C
Résistivité: 0,44 Ohm mm2 / m
Elle est utilisée dans la fabrication de résistances étalon, de précision ou d'appareils de mesure.
e) le constantan
Le constantan est composé de cuivre et de nickel à 40 %. Il présente les mêmes propriétés que la manganine et ses applications sont identiques à celle de la manganine.
Masse volumique: 8,9 kg / dm3
Point de fusion: 1200 °C
Résistivité: 0,49 Ohm mm2 / m
3.1.3 Le zinc ( Zn )
Le zinc est peu utilisé seul. Il est essentiellement utilisé pour le zingage ( ou la galvanisation ). Ce sont ses principales applications en électrotechnique. Ce procédé consiste à recouvrir, d'une couche de zinc liquide ( 460 °C ), la pièce en métal ferreux afin de protéger la pièce contre les altérations du temps, traitement appelé zingage au feu.
Le zingage se fait aussi par dépôt électrolytique ou par pulvérisation et projection du métal fondu sur la surface à recouvrir.
Masse volumique: 7,1 kg / dm3
Point de fusion: 420 °C
Résistivité: 0,06 Ohm mm2 / m
Ce traitement de surface est utilisé dans la fabrication des pylônes des lignes aériennes, des chemins de câble, des tubes aciers ( ERZ ). Le zinc amalgamé sert à la fabrication des électrodes négatives des piles électriques.
3.1.4 Le plomb ( Pb )
Le plomb, à température ambiante, est mou et
très malléable. Il possède une bonne résistance à la corrosion et aux perturbations électromagnétiques.
Masse volumique: 11,3 kg / dm3
Point de fusion: 327 °C
Résistivité: 0,21 Ohm mm2 / m
Jadis utilisé pour l'étanchéité des câbles électriques souterrains ou pour les tubes « Bergmann », il est employé pour les accumulateurs des véhicules, ainsi que pour la protection contre la corrosion. De plus, il sert pour les garnitures de toit chez les ferblantiers.
3.1.5 L'étain ( Sn )
L'étain, à température ambiante, est tendre, très brillant et résistant à la corrosion.
Masse volumique: 7,3 kg / dm3
Point de fusion: 232 °C
Résistivité: 0,11 Ohm mm2 / m
On utilise l'étain pour recouvrir le fil de cuivre
( opération appelée étamage ). Le fil est ainsi protégé de la corrosion ( cuivre étamé ).
La soudure ordinaire ( 50 % d'étain, 47 % plomb, 3 % antimoine ) permet la connexion de fils soit entre eux, soit sur des barrettes de raccordement ( strips T+T ), sur des circuits intégrés, etc…
3.1.6 Le mercure ( Hg )
Le mercure est liquide à la température de 20 °C.
Masse volumique: 13,5 kg / dm3
Point de solidification: - 39 °C
Résistivité: 0,94 Ohm mm2 / m
A l'état liquide, on l'utilisait comme agent conducteur dans la fabrication de contacts sous tubes de verre basculants, remplis d'un gaz inerte pour éviter toute oxydation. Anciennement utilisé dans les thermomètres, il est utilisé à l’état gazeux, dans les tubes fluorescents et les lampes à décharge à vapeur de mercure.
3.1.7 Le nickel ( Ni )
Le nickel est un métal magnétique très résistant à la corrosion. On utilise surtout le nickel en alliage ou alors comme revêtement de protection contre la corrosion ( laiton nickelé ).
Masse volumique: 8,9 kg / dm3
Point de fusion: 1455 °C
Résistivité: 0,07 Ohm mm2 / m
L'oxyde de nickel est utilisé pour la fabrication des piles et des accumulateurs.
3.1.7.1 Les alliages de nickel
a) L'invar
L'invar est un ferro-nickel contenant 36 % de nickel. Il a le plus faible coefficient de dilatation mécanique ( nul entre -30 et 50 °C ).
On l'utilise, après soudage à du laiton ou du cuivre, pour les bimétaux des thermiques, les sondes thermostatiques de chauffe-eau ainsi que pour les grilles des tubes TV.
b) Le chrome-nickel
Le chrome-nickel comprend 20 % de nickel. Cet alliage peut être utilisé jusqu'à une température de 1000 °C.
Masse volumique: 8,4 kg / dm3
Point de fusion: 1400 °C
Résistivité: 1,1 Ohm mm2 / m
Il sert pour la fabrication des corps de chauffe pour les chauffe-eau, les plaques de cuisinières, etc…, grâce notamment à sa grande résistivité.
3.1.8 Le tungstène ( W ou Tu )
Le tungstène est le métal au point de fusion le plus élevé.
Masse volumique: 19,3 kg / dm3
Point de fusion: 3410 °C
Résistivité: 0,06 Ohm mm2 / m
On l'utilise pour la fabrication des filaments des lampes
à incandescence ( par ex. une ampoule de 40 W / 225 V a un filament de 0,024 mm de diamètre ). Il est aussi utilisé pour la fabrication d'outils de coupe à haute résistance. Par exemple : les mèches Widia pour la perforation du béton.
3.1.9 Le manganèse ( Mn )
Le manganèse n'est pas utilisé à l'état pur. Il est surtout utilisé pour différents alliages.
Masse volumique: 7,4 kg / dm3
Point de fusion: 1245 °C
Résistivité: 0,18 Ohm mm2 / m
Le bioxyde de manganèse est un oxydant utilisé comme
dépolarisant dans la fabrication des piles " Leclanché ".
3.1.10 L'aluminium ( Al )
L'aluminium ne se trouve pas à l'état pur dans la nature. Le minerais de base s’appelle la bauxite rouge. Il faut le traiter par électrolyse. Ses principaux alliages sont l'Aldrey, le Réflectal et l'Anticorrodal. Il est bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.
Masse volumique: 2,7 kg / dm3
Point de fusion: 660 °C
Résistivité: 0,027 Ohm mm2 / m
On l'utilise pour les châssis et rails de tableaux électriques, les lignes aériennes électriques à haute tension, les tubes et canaux d'installation ALU ainsi que pour le blindage de certains câbles.
Définition :
Un métal noble est un métal précieux dont la principale qualité est de résister à la corrosion et de garantir de ce fait un contact électrique irréprochable.
3.2.1 L'argent ( Ag )
C'est un métal noble caractérisé par son excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion ainsi qu'à son prix élevé. C'est le meilleur conducteur de la chaleur et de l'électricité.
Masse volumique: 10,5 kg / dm3
Point de fusion: 962 °C
Résistivité: 0,016 Ohm mm2 / m
On l'utilise soit pur soit en alliage avec du cuivre, de l'or, du platine ou du tungstène pour la fabrication des pastilles des contacts. Il sert aussi comme élément de fusion dans les fusibles.
3.2.2 L'or ( Au )
C'est un métal noble et le plus malléable des métaux. A cause de son prix élevé, il est très peu utilisé, bien qu’inaltérable à l’air et à l’eau.
Masse volumique: 19,3 kg / dm3
Point de fusion: 1064 °C
Résistivité: 0,022 Ohm mm2 / m
On l'utilise pour les pastilles de contact à courant faible car il ne s’oxyde pas.
3.2.3 Le platine ( Pt )
C'est un métal noble. Son utilisation est limitée aux appareils de précision ainsi qu’en chimie car il résiste à de nombreux acides. Même utilisation que celle de l'or.
Masse volumique: 21,5 kg / dm3
Point de fusion: 1772 °C
Résistivité: 0,11 Ohm mm2 / m
4.1 Généralités
On entend par isolants les matériaux qui présentent une très grande résistance au passage du courant et dont la conductibilité est pratiquement nulle. Ces matériaux sont aussi dénommés diélectriques.
Les matériaux isolants sont utilisés pour isoler les conducteurs et les pièces sous tension afin d'empêcher les court-circuit, les pertes de courant à la terre et pour parer aux dangers d'électrocution.
4.2 Les isolants gazeux
L'air et les gaz sont de bons isolants.
L'air
atmosphérique :
Les gaz rares : tels que néon, argon, krypton, xénon, vapeur de mercure et vapeur de sodium sont utilisés dans les tubes à décharge pour l'éclairage. Par exemple, les gaz argon et krypton assurent la protection chimique du filament de tungstène des lampes à incandescence, tout en retardant l'évaporation de ce dernier.
L'azote ( N ) : a l'avantage d'être un gaz abondant et bon marché, on l'utilise dans la construction de câbles à gaz à très haute tension.
4.3 Les isolants d'origine minérale
Les minéraux sont des corps dépourvus de vie propre, constituant les roches de l'écorce terrestre.
Les isolants d'origine minérale sont solides à la température ordinaire, incombustibles et supportant des températures élevées, à l'exception des hydrocarbures.
Les huiles : sont des hydrocarbures, donc à base de pétrole. On les utilise pour l'isolation et le refroidissement des gros transformateurs de distribution.
L'amiante : n'est plus utilisée car l'inhalation de ses fibres, qui se fixent dans les poumons, présente un danger de cancer.
Le fibrociment est utilisé pour les panneaux des tableaux
ou Eternit : électriques, les supports de corps de chauffe, etc.
Le mica : est un élément constitutif du granit ( points brillants verts ), il est utilisé pour l'isolation des encoches et des enroulements des moteurs.
Le quartz : dénommé cristal de roche, est utilisé pour ses propriétés piézo-électriques, comme par exemple les générateurs d'oscillations électriques des montres à quartz.
Les produits sont obtenus par la cuisson à haute céramiques : température d'une pâte constituée d'un mélange de diverses terres naturelles.
On obtient ainsi de la porcelaine utilisée comme isolateur, et de la stéatite utilisée pour l'appareillage électrique et les corps des fusibles.
Le verre : est obtenu par fusion de sable siliceux, de chaux ( dérivé de calcaire ) et de soude ( dérivé de sodium ). Il est utilisé pour la fabrication d'ampoules et pour l'isolation des enroulements des moteurs.
Une autre application du verre qui prend de plus en plus d’importance est la fibre optique. Les fibres optiques sont des conducteurs d'ondes lumineuses en fibres de verre, d'une très haute pureté, qui utilisent le phénomène physique de la réflexion totale de la lumière. Cette nouvelle conception de la transmission permet, comparativement à un câble de cuivre ayant la même capacité de transmission, d'utiliser des fibres optiques de section plus faible.
Par exemple: à capacité de transmission égale
fibre cuivre
diamètre extérieur 7 mm 70 mm
masse au km 40 kg 12 t
4.4 Les isolants d'origine organique
Les isolants d'origine organique sont des substances fibreuses à base de cellulose. La cellulose est la matière qui constitue les parois des cellules végétales.
Le papier : est de moins en moins utilisé comme isolant, toutefois on peut encore le rencontrer dans l'isolation des câbles ou des condensateurs.
Le bois : est utilisé comme plaque de support ou boîte d'encastrement de prises cuisinières, de prises de sol, de platines de commande de grandeurs diverses
La soie : est utilisée comme isolation des cordons pour la lustrerie et portent la désignation S ( p ex: GtS ).
Le coton : est utilisé comme isolation des cordons de fer à repasser ou d'autres appareils thermiques dégageant de la chaleur. Le cordon sera désigné par la lettre B ( p ex : TrB ou GrB ).
4.5 Les isolants d'origine résineuse
Ce sont des matériaux se présentant généralement à l'état solide ou élastique comme par exemple le caoutchouc.
Le caoutchouc : est utilisé pour l'isolation de cordons souples pour les appareils mobiles mais tend à être remplacé par des matériaux à base de plastique. Les câbles isolés au caoutchouc portent la désignation G ( p. ex: Gd ).
4.6 Les matières plastiques
Une matière dite plastique est susceptible de se déformer et de conserver sa nouvelle forme. Elles sont fabriquées à base de houille ( charbon naturel ), de pétrole et de cellulose.
Elles sont classées en deux catégories:
• les matières thermoplastiques: ce sont des matières qui se ramollissent avec la chaleur, qui peuvent être mises en forme à chaud et conserver cette forme après leur refroidissement.
• les matières thermodurcissables: ce sont des matières rigides, dures et infusibles ( qui ne peuvent être fondues ).
Le chlorure
de polyvinyle
ou PVC
Le polyéthylène est un thermoplastique et ressemble à la paraffine. On fabrique à base de polyéthylène des tubes souples appelés Symalène, utilisés pour le montage noyé des lignes d'installations intérieures.
Ces tubes sont soit combustibles et de couleur orange ( THF ), utilisables seulement en montage noyé dans les dalles en béton, soit difficilement inflammables et de couleur grise ( THFW ), utilisables en montage noyé dans le béton ou en contact avec des matériaux combustibles. Le polyéthylène est utilisé pour les boîtes d’encastrement Agro par exemple ainsi que pour l'isolation des câbles à haute fréquence, pour la télévision par exemple.
Le polystyrène
ou polystyrol
Les résines Ce sont des matières phénoliques thermodurcissables. Elles
ou bakélite sont utilisées pour la
fabrication des couvercles de prises, interrupteurs, etc.
Les résines
époxydes
ou Araldite
Les résines sont des thermodurcissables. Elles sont
polyuréthanes utilisées pour la fabrication d'éléments de disjoncteurs, de sectionneurs devant résister à d'importantes contraintes mécaniques.
On les trouve aussi pour la fabrication de câbles subissant de fortes sollicitations mécaniques, résistants à la corrosion, à la chaleur et au froid ( appelés Pur-Pur ou Purco de coloration orange ), dont ses
caractéristiques sont égales ou parfois supérieures à celles du caoutchouc.
Par exemple: les enrouleurs sur les chantiers, les alimentations des lignes aériennes des trolleybus, les installations électriques en haute altitude.
Les silicones conservent leur élasticité, résistent aux oxydants et autres agents corrosifs et sont incombustibles dans de grandes limites de température ( -70 à 250 °C ). Ils sont utilisés pour améliorer l'étanchéité des câbles pénétrant dans les appareils, mais aussi comme isolant des fils de cuisinière ( fils siliflex )
4.7 Les vernis
Les vernis sont des composés de résines synthétiques. Ils ont pour but l'isolation électrique des objets traités, ainsi que leur protection contre les agents atmosphériques, chimiques et les effets mécaniques. Leurs principales applications sont l'imprégnation des bobinages électriques.
Ce sont des matériaux qui ont un comportement intermédiaire entre les conducteurs et les isolants. Selon le sens du courant qui traverse le matériau, ce dernier le bloque ou le laisse passer (TRACER CETTE AFFIRMATION DANS LE COURS : FAUX FAUX FAUX). Ils sont à base de silicium, de germanium ou de sélénium.
Un faible apport d'atomes d'indium ou d'arsenic, opération appelée dopage, leur donne le nom de semi-conducteur type P ou type N.
Ses principales applications sont dans l’électronique : transistors, diodes, microprocesseurs, puces, etc…
6.1 Le carbone ( C )
Le carbone est un élément très répandu dans la nature. Il a un coefficient de température négatif, c'est-à-dire que contrairement à la majorité des métaux, sa résistance électrique diminue lorsque la température augmente.
Il rentre souvent dans la combinaison d'alliage de fer pour le rendre plus dur, par exemple: les différents aciers, la fonte.
6.2 Le diamant
Le diamant est une pierre précieuse constituée de carbone pur cristallisé. C'est le corps le plus dur que l'on connaisse, on ne peut le tailler qu'avec sa propre poussière ou au rayon laser. Sa principale utilisation industrielle est la fabrication d'outils abrasifs ( meules par exemple ).
6.3 Le graphite
Le graphite, aussi appelé plombagine, est une variété de carbone cristallisé presque pur. Mélangé à de l'argile, il sert de revêtement réfractaire dans les fours industriels. Il est aussi utilisé pour les balais de contacts des machines à collecteur.
6.4 Le charbon
On désigne sous cette appellation générale de charbon diverses matières solides, de couleur noire, composées essentiellement de carbone mélangé ou combiné à d'autres éléments. Citons entre autre : l'anthracite, la houille, le coke. On utilise le graphite, le coke et la suie préalablement broyées et mélangés à des produits divers pour obtenir les balais de charbon des machines à collecteurs, des sabots des pantographes des trolleybus, des contacts frotteurs pour potentiomètres et des résistances de faible puissance pour la technique du courant faible. Son coefficient de température est négatif.
On appelle matériaux réfractaires des matériaux qui résistent à de très hautes températures, comprises entre 2000 °C et 3000 °C. Ces matériaux servent principalement dans la construction des revêtements intérieurs de fours industriels et de radiateurs électriques à infrarouge. Citons les plus courants, à savoir les argiles, l’alumine, le graphite, la magnésie et la silice.
8.1 Le plâtre
Le plâtre issu de gypse ( sulfate de calcium hydraté chauffé à 200 °C ) ou pierre de plâtre ne peut être exposé aux intempéries car il se désagrégerait. Il est utilisé à l'intérieur de locaux secs, pour des travaux de rhabillage de gaines, de trous dans les murs, pour sceller les boîtes d'encastrement,etc.
Il est important de toujours verser le plâtre dans l'eau et non le contraire sous risque de formation de grumeaux.
8.2 Les ciments
Les ciments sont des liants d'origine naturelle ou artificielle. Contrairement au plâtre, le ciment ne craint pas l'eau. Il peut donc être utilisé pour les ouvrages de plein air ou immergés. L'un des plus utilisés est le ciment Portland. Il est obtenu par mélange à haute température d'argile et de calcaire.
Il existe:
• le ciment lent de couleur gris vert est le plus courant. Il fait prise en quelques heures et devient très dur et résistant.
• le ciment prompt de couleur jaune brun, fait prise en quelques minutes. Réservé à des travaux de scellement, il est cependant moins résistant.
Lors de son utilisation, l'ordre de mélange eau et ciment a peu d'importance car le ciment a une prise beaucoup plus lente que le plâtre.
8.3 Le mortier de ciment
Il s’agit de ciment mélangé avec du sable.
On l'utilise pour des scellements devant être très résistants.
8.4 Le béton
Le mélange de sable, de gravier et de ciment est le béton. Le béton et surtout le béton armé sont des matériaux très utilisés dans les travaux de génie civil: barrages, routes, bâtiments, etc.
On appelle matériaux calorifuges des matériaux qui empêchent la déperdition de chaleur, c’est-à-dire de bons isolants thermiques. Ces matériaux sont utilisés pour l’isolation des appareils produisant de la chaleur ou du froid, comme par exemple les chauffe-eau ou les réfrigérateurs, etc…
Les matériaux calorifuges les plus courants sont : le pical, la laine de verre, le liège, la mousse plastique.
Le pical est surtout utilisé pour les boîtiers de spots encastrés dans du bois ainsi que derrière les tableaux électriques placés sur des parois en bois.
Les abrasifs sont des matériaux très durs, utilisés sous forme de grains aux arêtes tranchantes pour les travaux de meulage et de polissage. Chaque grain travaille en arrachant, par frottement, de petits copeaux de matière. Ce travail, qui produit un fort échauffement, peut porter les copeaux arrachés à incandescence et produire des étincelles.
Citons les plus courants: le sable, l'émeri, la pierre ponce, le diamant, le verre.
11.1 L’eau
L’eau se congèle à la température proche de 0 °C. Sa congélation entraîne une augmentation de volume. Il faut savoir qu’un corps humain est formé de 65 à 70 % d’eau !
Masse volumique : 1 kg / dm3
Point d’évaporation : 100 °C
Point de solidification : 0 °C
Il existe plusieurs sortes d’eau :
- L’eau de source
- L’eau souterraine
- L’eau thermale
- L’eau potable des réseaux de distribution d’eau
- L’eau distillée : une eau dont on a enlevé les gaz dissous, les impuretés minérales et organiques par ébullition suivie de condensation. On utilise cette eau pour mettre à niveau l’électrolyte des batteries de démarrage.
11.2 LES GAZ
11.2.1 Le gaz de ville
Le gaz de ville provient du chauffage de la houille. Il n’est cependant plus utilisé et remplacé par du gaz naturel.
11.2.2 Le butane et le propane
Ces deux gaz sont issus d’hydrocarbure. Ils ont un usage ménager ( lampe à gaz , réchaud, etc… ) et sont odorisés afin d’en détecter les fuites. Le propane est utilisé plus particulièrement pour l’industrie. Son point de congélation est situé entre –30 °C et –41 °C. Le butane contenu dans les bouteilles bleues se congèle quant à lui à 0 °C.
Notes personnelles :