Caractéristiques physiques
Densité
Dilatation
Conductivité
Soudabilité
Malléabilité et ductilité
  Densité

Sculpture de Richard Serra à Berlin


Densité des aciers et d'autres matériaux


La densité (ou masse volumique) de l'acier est peu variable (de 7850 à 8000 kg/m3). Cette variation s'explique par la composition même de l'acier, allié ou non.

On peut avoir des aciers plus légers. C'est le cas des alliages légers d'aluminium qui ont une masse volumique de 2700 kg/m3. L'affaiblissement de la densité du métal permet de diminuer le poids des matériaux utilisés. Ainsi la manutention des produits est plus aisée et le poids propre des matériaux sur la structure et les fondations est réduit.

Les propriétés mécaniques de l'acier sont cependant différentes selon sa densité.


  Dilatation

Dilatation thermique de quelques matériaux



Température de service d’ouvrage en acier


La dilatation de l'acier à la chaleur est importante. Il a fallu mettre le métal en fusion pour le fabriquer, par conséquent plus la chaleur sera élevée et plus le métal se rapprochera de l'état liquide.

Soumis à des variations de température, les dimensions de l'acier peuvent changer. Cela entraîne une dilatation du matériau, c'est-à-dire une augmentation relative de la longueur. Lorsque la température augmente, les dimensions, donc les volumes, croissent mais d'une manière réversible.

La température de montage devient alors le point de référence.
Pour une variation de température en France de ± 27°C, la variation de longueur est de ± 0,3 mm par mètre si la dilatation est libre. Si la dilatation est empêchée elle produira une contrainte de traction ou de compression dans l'élément en ce sens si la pièce se rétracte ou s'allonge.

Cette dilatation doit être prise en compte pour les bâtiments de grande longueur. On est souvent amené à mettre des joints de dilatation tous les 50 m. Par ailleurs, la dilatation modifie les caractéristiques mécaniques de l'acier.

Les propriétés de résistance à la traction, le module d'élasticité et la limite d'élasticité diminuent alors que la plasticité augmente. Il est donc nécessaire de maintenir les variations de température dans des limites tolérables. Cela peut se traduire par une augmentation de l'épaisseur des produits.


  Conductivité
Conductivité électrique

Pylône très haute tension
Architecte-ingénieur : Marc Mimram


La conductivité électrique de l'acier est très bonne.

Ainsi cette propriété qu'à l'acier de transmettre l'électricité se trouve utilisé dans les domaines de la construction électrique comme les moteurs ou les résistances.

Cette conductivité électrique est surtout importante quand il s’agit de souder des métaux avec des procédés électriques.

En dehors de ces approches, les structures métalliques d'un bâtiment doivent être raccordées à la terre et n'ont pas de champs électriques propres.


Conductivité thermique


Détail d’un panneau sandwich avec l’interposition d’un isolant thermique entre les deux tôles d'acier



Conductivité thermique de quelques matériaux


La conductivité thermique de l'acier est très bonne. L'acier est une matière homogène sans présence d'air avec une faible inertie thermique.

L'acier absorbe et transmet rapidement la chaleur. Il permet les échanges froid/chaud. Utilisé en structure, bardage, plancher et couverture il pose le problème de ponts thermiques. Il est nécessaire de lui ajouter une isolation thermique.

Il convient aussi de veiller aux problèmes de condensation qui peuvent être provoqués par le phénomène d'alternance froid/chaud.

Dans un autre domaine que celui de la construction, l'acier, par cette propriété, est largement présent dans les appareils de chauffage avec les radiateurs.


Conductivité phonique

Vitesse de propagation du son de quelques matériaux


La conductivité phonique de l'acier est bonne.

La transmission du son dans l'acier est rapide.
Il est nécessaire de prévoir des dispositifs d'isolation phonique adaptés.


  Soudabilité

Soudure à l'arcc de tube


La soudabilité est la propriété des métaux à s'unir entre eux lorsqu'ils sont portés à leur température de fusion assurant ainsi la continuité de la matière.

Toutefois ce n'est pas une propriété intrinsèque de l'acier. La soudabilité dépend notamment des types d'assemblages, des procédés, des conditions de soudage, des produits d'apport et de la conception de la construction.

Cette union se fait par un apport de matière fondue et déposée liant intimement les deux bords des pièces à assembler.

Le soudage des aciers alliés ou revêtus nécessite des moyens adaptés.


  Malléabilité et ductilité

Pliage de tôle en écaille
Source : www.patrimoinereligieux.qc.ca


L'acier a la caractéristique d'être malléable et ductile comme d'autres métaux.

Ces propriétés permettent de transformer le métal, à chaud ou à froid, en feuilles par choc ou pression pour la malléabilité et en fils pour la ductilité.

La malléabilité et la ductilité du métal exprime donc une aptitude à subir une déformation plastique (allongement) sans rupture. On considère qu'un matériau est malléable quand son allongement est supérieur à 35 %.

Ces comportements sont étudiés en laboratoire sur des éprouvettes dont les caractéristiques métallurgiques et dimensionnelles sont bien déterminées.

Ce sont principalement ces caractéristiques qui sont utilisées dans les opérations de formage : pliage, cintrage, forgeage, etc.