Céramiques - Caractéristiques et technologies

Les céramiques sont des matériaux de la vie courante très connus du grand public. Elles sont présentes dans de nombreux objets du quotidien, de façon très visible, par exemple avec la vaisselle de table, ou bien de façon plus cachée comme dans nos ordinateurs ou nos téléphones portables où elles sont un constituant essentiel de l’électronique.

Le secteur de la production et, en amont, celui de la recherche sont très actifs. Ils génèrent un chiffre d’affaires difficile à estimer précisément, mais qui est colossal, probablement de plus de 100 milliards de dollars par an au niveau mondial.

Les bibliothèques universitaires contiennent des centaines d’ouvrages dédiés à cette thématique et son importance industrielle a conduit les éditions Techniques de l’Ingénieur à lui consacrer, parmi ses bases documentaires, un volume entier composé de plusieurs dizaines de contributions détaillées. Le champ scientifique et technique couvert par les céramiques est si vaste qu’il est souvent difficile de s’y repérer et d’en avoir une vue d’ensemble. C’est pourtant l’objectif de ce travail : donner dans un volume limité à quelques pages les éléments principaux d’identification des matériaux céramiques parmi les autres sortes de matériaux, pour que le lecteur puisse se faire une idée de leurs spécificités et des technologies qui leur sont propres, et aussi de mieux comprendre pourquoi ils font l’objet de tant d’études et de développements depuis une cinquantaine d’années.

Les céramiques occupent en effet une place à part parmi les matériaux, usuellement divisés en trois grandes classes en fonction de leurs très nombreuses différences de composition, de comportement physico-chimique, de modes d’élaboration, et de propriétés d’usage. Ces trois classes sont :

• les métaux et alliages métalliques ;

• les matériaux organiques (produits naturels comme le bois, ou de synthèse comme les matières plastiques) ;

• et les céramiques.

D’un point de vue pratique, l’ingénieur devant concevoir telle ou telle pièce technique dans des domaines allant de l’électronique à la mécanique, de la médecine aux arts de la table, ne peut que se poser d’emblée la question : « Quel matériau ou quel assemblage de matériaux vais-je utiliser ? » On est ici au cœur du métier de l’ingénieur, où s’affrontent des contraintes très diverses, techniques d’abord, mais aussi économiques, voire écologiques… La réponse se trouve évidemment au cas par cas, dans le cadre des très larges possibilités ouvertes par le monde des matériaux en général, par celui des céramiques en particulier, avec une mention spéciale pour les « composites céramiques » (associations de matériaux pour certains usages spécifiques, notamment dans le cas des revêtements céramiques).

Cet article ne se rapproche donc en rien d’un traité sur la céramique – impossible à réaliser en quelques dizaines de pages – mais il se veut simplement être une introduction à cette branche de la science des matériaux aux ramifications multiples. Il s’agit, dans un premier temps, de donner une vue d’ensemble situant les céramiques parmi les autres matériaux, avec leurs principales propriétés et leurs méthodes de fabrication. Le lecteur souhaitant avoir plus de renseignements sur les applications extrêmement diversifiées des céramiques pourra se reporter, dans un second temps, à la suite de cet article consacré aux différentes sortes de produits céramiques qui dresse le portait du monde des céramiques : Céramiques. Typologie des produits [N4812]. Il pourra aussi consulter les articles détaillés des Techniques de l’Ingénieur qui sont appelés dans le texte chaque fois qu’il est fait référence à un domaine qui y est traité de manière approfondie.