CONNAISSANCE DES MATÉRIAUX

OPTION CONSTRUCTION – 2ÈME ANNÉE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

Préliminaire

Objectifs du cours

Ce cours prolonge l’étude des matériaux de construction en se focalisant sur les familles de produits plus complexes et transformés : les bois, les métaux, les polymères et les matériaux de finition. L’objectif est de permettre à l’élève de différencier ces matériaux, de comprendre leurs processus de fabrication, de connaître leurs propriétés spécifiques et de maîtriser leurs domaines d’emploi dans le bâtiment et les travaux publics. La vision d’ensemble acquise doit le rendre apte à sélectionner les matériaux adéquats pour des applications techniques précises. 🌳

Approche Pédagogique

L’enseignement maintiendra une approche concrète et appliquée, en s’appuyant sur l’observation et la manipulation d’une large gamme d’échantillons. Le cours mettra en évidence les liens entre la structure interne d’un matériau, ses propriétés et ses performances. Des études de cas sur des chantiers congolais, comme l’utilisation des bois locaux dans la construction à Kisangani ou l’emploi de menuiseries en aluminium dans les immeubles de Lubumbashi, serviront à contextualiser les apprentissages et à illustrer les choix technologiques.

Compétences Visées

Au terme de cette année, l’élève maîtrisera les compétences suivantes :

• Classifier : Organiser et différencier les bois, les métaux et les matières plastiques selon leur nature, leur fabrication et leurs propriétés.
• Spécifier : Décrire les caractéristiques techniques d’un matériau pour une application donnée (par exemple, un acier pour béton armé ou un bois de charpente).
• Justifier : Argumenter le choix d’un matériau de second œuvre ou d’un produit spécial en fonction des contraintes d’usage, de durabilité et d’esthétique.
• Identifier : Reconnaître les principaux matériaux de finition, d’isolation et d’étanchéité, et expliquer leur fonction.

Modalités d’Évaluation

L’évaluation sera diversifiée pour couvrir l’ensemble des compétences. Elle comprendra des interrogations écrites pour valider les connaissances théoriques, des épreuves d’identification d’échantillons pour tester les capacités d’observation, et des études de cas où l’élève devra proposer et justifier le choix de matériaux pour un ouvrage simple. Un examen final synthétisera ces différentes approches évaluatives. 📝

Partie I : Les Matériaux Organiques et le Bois

Cette partie est consacrée à l’étude approfondie du bois, matériau de construction ancestral, renouvelable et performant, ainsi qu’à ses dérivés. Elle explore l’immense ressource que représente la forêt congolaise et détaille les étapes qui transforment l’arbre en un produit technique apte à de multiples usages dans la construction.

Chapitre 1 : Le Bois, de l’Arbre à l’Ouvrage

Ce chapitre couvre le parcours du bois, depuis sa croissance en forêt jusqu’à sa commercialisation sous forme de produit scié, en identifiant les essences locales et les défauts à reconnaître.

1.1. Structure et Formation du Bois

Étude de la constitution anatomique du bois (cernes, aubier, duramen) et des processus biologiques de sa croissance, qui déterminent ses propriétés physiques et mécaniques.

1.2. Exploitation des Forêts et Essences Congolaises

Panorama de l’exploitation forestière en RDC et présentation des principales essences de bois locales utilisées en construction (telles que le kambala, le limba, le wengé), en précisant leurs caractéristiques et leurs usages respectifs. 🌲

1.3. Débitage, Façonnage et Terminologie

Description des opérations de sciage des grumes en produits commerciaux (planches, poutres, chevrons) et acquisition du vocabulaire technique relatif aux bois abattus et débités.

1.4. Anomalies, Défauts et Vices du Bois

Apprentissage de l’identification visuelle des défauts pouvant affecter la qualité et la résistance du bois (nœuds, fentes, pourriture, attaques d’insectes) et entraînant son déclassement.

Chapitre 2 : Propriétés et Essais du Bois

Un matériau ne peut être correctement utilisé que si ses propriétés sont connues. Ce chapitre se concentre sur les caractéristiques physiques et mécaniques du bois et sur les traitements qui améliorent sa durabilité.

2.1. Les Propriétés Physiques (Humidité, Masse Volumique)

Analyse des caractéristiques physiques fondamentales du bois, notamment sa teneur en humidité et sa masse volumique, et leur influence sur son comportement (retrait, gonflement).

2.2. Les Essais Mécaniques (Traction, Compression, Flexion)

Présentation des principes des essais mécaniques permettant de quantifier la résistance du bois aux différents types de sollicitations : traction et compression axiales, flexion statique et cisaillement longitudinal.

2.3. Le Stockage, la Conservation et la Protection

Étude des bonnes pratiques pour le stockage du bois sur chantier afin d’éviter sa dégradation, et des méthodes de protection préventive contre les agents biologiques (champignons, termites).

2.4. Les Traitements du Bois (Séchage, Ignifugation)

Description des traitements visant à améliorer les performances du bois : le séchage (naturel ou artificiel) pour le stabiliser, les traitements antiseptiques pour le préserver et l’ignifugation pour améliorer sa résistance au feu.

Chapitre 3 : Les Dérivés du Bois et Matériaux Ligneux

L’industrie transforme le bois pour créer de nouveaux produits aux propriétés améliorées ou spécifiques. Ce chapitre explore le monde des panneaux et des matériaux composites à base de bois.

3.1. Les Panneaux de Contreplaqué

Étude du processus de fabrication et des propriétés des panneaux de contreplaqué, obtenus par collage de fines feuilles de bois (placages) à fils croisés, leur conférant une grande stabilité dimensionnelle.

3.2. Les Panneaux de Particules (Agglomérés)

Analyse de la fabrication et des usages des panneaux de particules, produits par pressage à chaud de particules de bois liées par une résine synthétique, très utilisés en ameublement et en agencement.

3.3. Les Bétons Ligneux Légers

Présentation des bétons de copeaux de bois, des matériaux de construction légers et isolants fabriqués en agglomérant des copeaux avec un liant hydraulique comme le ciment.

3.4. Le Bois comme Matériau d’Avenir en RDC

Réflexion sur le potentiel du bois et de ses dérivés comme matériaux de construction durables et écologiques pour le développement de la RDC, en lien avec une gestion forestière responsable.

Partie II : Les Métaux dans la Construction

Cette partie aborde la famille des métaux, matériaux essentiels pour la réalisation des ossatures, des armatures pour béton, des menuiseries et des équipements techniques. L’étude distingue les métaux ferreux, base de la construction moderne, des métaux non ferreux aux propriétés spécifiques.

Chapitre 4 : Les Métaux Ferreux : Fontes et Aciers

Ce chapitre se concentre sur les alliages de fer et de carbone, qui par leur résistance et leur coût modéré, constituent l’épine dorsale de nombreuses structures de génie civil et de bâtiment.

4.1. Élaboration de la Fonte (Propriétés, Usages)

Description du processus de fabrication de la fonte dans les hauts-fourneaux, et étude de ses propriétés (bonne coulabilité, résistance à la compression) et de ses usages (canalisations, pièces de fonderie).

4.2. Fabrication de l’Acier (Propriétés, Usages)

Analyse des procédés de transformation de la fonte en acier par affinage, et description des propriétés remarquables de l’acier (haute résistance à la traction) et de ses multiples usages (profilés, armatures).

4.3. Les Différents Traitements des Aciers

Présentation des traitements thermiques (trempe, revenu) et mécaniques qui permettent de modifier les propriétés des aciers pour les adapter à des usages spécifiques.

4.4. La Corrosion des Aciers et leur Protection

Explication du phénomène de la rouille et étude des différentes méthodes de protection de l’acier contre la corrosion, un enjeu crucial dans les climats humides comme celui de la province de l’Équateur. 💧

Chapitre 5 : L’Aluminium et ses Alliages

Ce chapitre est consacré à l’aluminium, un métal léger, durable et résistant à la corrosion, dont l’usage s’est largement répandu dans le second œuvre du bâtiment.

5.1. Fabrication et Propriétés de l’Aluminium

Description du processus d’obtention de l’aluminium par électrolyse de l’alumine, et analyse de ses propriétés distinctives : légèreté, conductivité thermique et électrique, et résistance à la corrosion.

5.2. Le Traitement de Surface de l’Aluminium

Étude des traitements comme l’anodisation et le laquage, qui permettent de protéger l’aluminium et de lui conférer une large palette de couleurs et d’aspects de surface.

5.3. Usages en Menuiserie et Façades

Analyse des applications de l’aluminium dans la fabrication de châssis de portes et fenêtres, de murs-rideaux et d’éléments de bardage, très prisés pour les bâtiments modernes à travers le pays.

5.4. Le Cuivre et ses Alliages

Étude du cuivre, un métal apprécié pour son excellente conductivité électrique et sa durabilité. Présentation de ses usages en électricité et plomberie, ainsi que de ses alliages (laiton, bronze).

Chapitre 6 : Le Zinc, le Plomb et l’Étain

Ce chapitre regroupe trois autres métaux non ferreux aux applications très spécifiques dans le bâtiment, souvent liées à l’étanchéité et à la couverture.

6.1. Le Zinc : Propriétés et Usages en Couverture

Analyse des propriétés du zinc, notamment sa grande résistance à la corrosion atmosphérique, et de son utilisation sous forme de tôles pour la réalisation de couvertures et de systèmes d’évacuation des eaux pluviales.

6.2. Le Plomb : Propriétés et Usages en Étanchéité

Étude des caractéristiques du plomb (malléabilité, densité, étanchéité) et de ses applications traditionnelles pour réaliser des raccordements d’étanchéité complexes en toiture.

6.3. L’Étain : Propriétés et Usages en Soudure

Présentation de l’étain, un métal à bas point de fusion, et de son principal usage dans les alliages de soudure (brasure) pour l’assemblage de pièces métalliques en plomberie ou en couverture.

6.4. Précautions Sanitaires et Environnementales

Sensibilisation aux risques sanitaires liés à la manipulation du plomb et à la nécessité de le substituer par d’autres matériaux lorsque cela est possible, pour des raisons de santé publique.

Partie III : Liants Hydrocarbonés, Polymères et Isolants

Cette partie explore le monde des matériaux organiques de synthèse et dérivés du pétrole. Elle couvre les produits bitumineux pour les routes et l’étanchéité, la famille très diverse des matières plastiques, ainsi que les matériaux spécifiquement conçus pour l’isolation.

Chapitre 7 : Goudrons, Bitumes et Asphaltes

Ce chapitre introduit les liants hydrocarbonés, des matériaux noirs et visqueux essentiels à la construction des routes et à la protection des bâtiments contre l’eau.

7.1. Définitions et Origines

Distinction claire entre le goudron (issu de la houille), le bitume (issu du pétrole) et l’asphalte (roche naturellement imprégnée de bitume), en précisant leurs principes de fabrication.

7.2. Propriétés et Essais Caractéristiques

Analyse des propriétés clés de ces liants : adhésivité, imperméabilité, thermo-plasticité. Présentation des principes de quelques essais pour les caractériser (pénétrabilité, point de ramollissement).

7.3. Les Enrobés et Bétons Asphaltiques

Étude des mélanges de granulats et de liants hydrocarbonés, comme les enrobés bitumineux ou les bétons asphaltiques, qui constituent la couche de roulement des chaussées de nos villes.

7.4. Les Produits d’Étanchéité Bitumineux

Présentation des produits d’étanchéité à base de bitume : les feutres bitumés, le « roofing », et les membranes d’étanchéité utilisées pour les toitures-terrasses, un enjeu majeur dans les régions à forte pluviométrie comme le Maniema. 🌧️

Chapitre 8 : Introduction aux Matières Plastiques

Ce chapitre ouvre la porte sur le monde immense et en constante évolution des polymères, des matériaux aux propriétés extraordinairement variées, de plus en plus présents dans la construction.

8.1. Généralités et Classification des Polymères

Introduction à la chimie des polymères et classification des matières plastiques selon leur origine (naturelles, synthétiques) et leur comportement à la chaleur (thermoplastiques, thermodurcissables).

8.2. Les Matières Plastiques Dérivées du Vinyle

Étude de la famille des plastiques vinyliques, dont le PVC (polychlorure de vinyle) est le représentant le plus connu, utilisé pour les tuyauteries, les revêtements de sol et les menuiseries.

8.3. Les Caoutchoucs Synthétiques et les Silicones

Présentation de ces deux familles d’élastomères aux propriétés d’élasticité et d’étanchéité remarquables, utilisées pour la fabrication de joints, de membranes et de mastics.

8.4. Les Colles et Adhésifs

Panorama des différentes familles de colles et adhésifs (à base de protéines, de caoutchouc, de résines synthétiques) et de leurs applications pour l’assemblage de matériaux variés.

Chapitre 9 : Matériaux d’Isolation et de Finition Spécifiques

Ce chapitre regroupe divers matériaux dont la fonction principale est d’assurer l’isolation thermique ou acoustique, ou de réaliser des finitions spécifiques.

9.1. Les Bétons Légers et Cellulaires

Étude des bétons dont la masse volumique a été réduite pour améliorer leurs propriétés d’isolation thermique, comme les bétons cellulaires (obtenus par ajout d’un agent d’expansion) ou les bétons de granulats légers.

9.2. Les Panneaux Isolants Rigides

Présentation des panneaux rigides à base de polymères (polystyrène, polyuréthane) ou de fibres, utilisés pour l’isolation des murs, des toitures et des sols.

9.3. Les Isolants en Fibres Minérales

Analyse des isolants fibreux comme la laine de verre et la laine de roche, qui emprisonnent de l’air immobile pour s’opposer au passage de la chaleur, et leurs bonnes performances acoustiques.

9.4. Les Produits en Fibrociment

Étude des matériaux composés de ciment et de fibres de renfort, utilisés pour la fabrication de plaques de couverture, de panneaux de façade et de canalisations.

Chapitre 10 : Le Verre de Construction

Ce chapitre est entièrement consacré au verre, un matériau unique, à la fois transparent, inerte et résistant, qui a révolutionné l’architecture en permettant de créer des enveloppes légères et lumineuses.

10.1. La Fabrication du Verre Plat

Description du procédé « float », la méthode moderne de fabrication du verre plat, qui consiste à faire flotter le verre en fusion sur un bain d’étain pour obtenir une surface parfaitement plane.

10.2. La Classification des Produits Verriers

Présentation des différents types de verres de base (verre clair, armé, trempé, feuilleté) en expliquant leur mode de fabrication et leurs propriétés spécifiques de résistance ou de sécurité.

10.3. Les Emplois du Verre dans le Bâtiment

Panorama des multiples applications du verre dans la construction : fenêtres, portes, cloisons, garde-corps, dalles de sol, façades, etc.

10.4. Les Vitrages à Performances Spécifiques

Introduction aux produits verriers modernes, comme les doubles vitrages à isolation thermique renforcée ou les vitrages de contrôle solaire, qui contribuent à l’efficacité énergétique des bâtiments. ✨

Annexes

Tableau Comparatif des Matériaux

Des tableaux synthétiques permettront de comparer les propriétés clés (masse volumique, résistance, conductivité thermique, etc.) des différentes familles de matériaux étudiées, pour faciliter leur sélection. 📊

Guide d’Identification des Essences de Bois

Des fiches descriptives illustrées des principales essences de bois congolaises seront fournies, mentionnant leur aspect, leurs caractéristiques et leurs usages recommandés.

Mémento sur la Corrosion

Une fiche technique expliquera les différents types de corrosion des métaux et présentera un tableau des bonnes pratiques pour la prévention et le traitement de la rouille.

Glossaire des Termes Techniques

Un lexique définissant de manière claire et précise l’ensemble du vocabulaire technique introduit tout au long du cours (polymères, bitumes, alliages, etc.) sera mis à disposition pour faciliter la compréhension.