Les produits fabriqués sont généralement conçus pour rester fonctionnels pendant une longue période. Certains doivent toutefois répondre à des exigences de poids bien précises. Grâce à sa résistance intrinsèque, l'acier a longtemps été le matériau de choix pour la fabrication d'outils, de navires et de conteneurs. Cependant, certaines applications nécessitant un cadre ou une coque métallique doivent également être légères. Dans ces situations, l'aluminium peut remplacer l'acier — mais pas selon un ratio de un pour un.
Pourquoi l'acier reste-t-il si largement utilisé ?
L'acier est le nom commun donné à plusieurs alliages de fer. Ces alliages peuvent être mis en forme par emboutissage ou par martelage. Certains éléments, comme le cuivre, le carbone, le manganèse, le nickel ou le cobalt, peuvent être ajoutés au fer pendant le processus de chauffage afin de rendre l'alliage plus dur ou plus résistant à la rouille, selon l'usage prévu. L'acier est privilégié dans les applications où la résistance mécanique constitue une priorité : portées de ponts, outillage ou châssis automobiles, par exemple.
Comparaison du poids : aluminium contre acier
Si l'acier est réputé pour sa solidité, il est aussi connu pour son poids élevé. C'est la raison pour laquelle il ne convient pas à toutes les applications exigeant un cadre ou une enveloppe métallique légère. Dans ce cas, un métal plus léger comme l'aluminium peut servir de substitut à l'acier. L'alliage d'aluminium présente une densité plus faible (2,73 grammes par centimètre cube) que celle de l'acier (7,86 grammes par centimètre cube) : à volume égal, l'acier pèse donc près de trois fois plus que l'aluminium.
Comparaison de la résistance : aluminium contre acier
Bien que l'aluminium offre une excellente résistance rapportée à sa densité, il n'est pas aussi solide qu'un même volume d'acier. Dans l'industrie automobile, l'aluminium a été substitué à l'acier — mais jamais selon un ratio de remplacement de un pour un. Pour les pièces conçues pour être rigides, on utilise des composants en alliage d'aluminium pesant 1 kilogramme pour remplacer des pièces en acier pesant entre 1,66 et 1,87 kilogramme. Les pièces automobiles exigeant une résistance élevée — comme le châssis ou les blocs-cylindres des moteurs — utilisent souvent 1 kilogramme d'alliage d'aluminium pour remplacer 2 kilogrammes d'acier.
Quelle quantité d'aluminium faut-il pour remplacer l'acier ?
Sur la base de ces considérations de résistance, une pièce en acier pesant 1 kilogramme est aussi solide qu'une pièce de taille équivalente en alliage d'aluminium pesant 1,73 kilogramme. Autrement dit, si l'on compare les deux matériaux à poids égal, une pièce en alliage d'aluminium de 4,72 grammes offre une résistance équivalente à celle d'une pièce en acier de 7,86 grammes.
En résumé, le choix entre l'aluminium et l'acier dépend toujours d'un compromis entre poids, résistance et coût. Comprendre ces ratios de conversion permet aux ingénieurs de concevoir des produits à la fois robustes et légers, parfaitement adaptés aux exigences spécifiques de chaque application.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007000106.html