Les matériaux de construction sont des matériaux utilisés dans les secteurs de la construction : bâtiments et travaux publics (souvent désignés par le sigle BTP). Ils couvrent une vaste gamme des matériaux qui inclut principalement le bois, le verre, l'acier, l'aluminium, les textiles, les matières plastiques (isolants notamment) et les matériaux issus de la transformation de produits de carrières, qui peuvent être plus ou moins élaborés (incluant le béton et divers dérivés de l'argile tels que briques, tuiles, carrelages et divers éléments sanitaires). Lors du choix d'un matériau, les affirmations relatives à sa durabilité doivent être comparées en tenant compte des conditions d'utilisation, des performances mesurables et des informations disponibles, plutôt que sur la seule base des arguments commerciaux.

Pour des raisons d'économies et face aux crises écologique et climatique, une tendance générale (qui touche aussi le génie civil) est d'économiser les ressources naturelles et énergétiques tout en limitant les émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, dans le cadre du développement d'une économie circulaire et d'une transition énergétique, de nouveaux matériaux alternatifs (écomatériaux, matériaux biosourcés pour « bâtiments biosourcés », sédimatériaux) apparaissent (ou réapparaissent), incluant des matériaux recyclés ou intégrant des déchets industriels ou du BTP (démolition/déconstruction, avec notamment depuis quelques décennies le Graviers de Béton Recyclé ou GBR) et le Béton à contenu recyclé ; ces tendances pourraient bientôt bénéficier des apports de l'intelligence artificielleSadok A. (2016), Formulation de matériaux de construction à base de Sous-produits industriels avec des méthodes issues de L’intelligence artificielle (Doctoral dissertation, Mines Douai). et de matériaux dits « intelligents ». Leur mise en œuvre pourrait également rapidement évoluer avec par exemple l'impression 3D de bâtiments (ou d'éléments préfabriqués de bâtiment et d'infrastructures).

En France, conformément à une Directive européenneDirective cadre déchet de l'Union européenne. prévoyant la valorisation de 70 % des déchets du BTP avant 2020 la loi TECVArticle 93 de la loi du 17 août 2015 sur la transition énergétique pour la croissance verte., ainsi que son décret d'application imposentCette obligation devait théoriquement commencer au , mais des recours déposés par des représentants des professionnels (FNBM, Fédération du négoce du bois et des matériaux de construction) ont reculé cette échéance : Le Conseil d'État a tranché : la reprise des déchets par les distributeurs de matériaux de construction, prévue par la loi de transition énergétique, est définitivement validée. La FNBM prend acte de cette décision mais demeure « vigilante » pour la suite ; rem : une question prioritaire de constitutionnalité déposée devant le Conseil Constitutionnel avait abouti à la même conclusion. aux distributeurs de matériaux du bâtiment, de produits et d'équipements de construction à destination des professionnels d'organiser la reprise des déchets issus des chantiers de construction (72 % de la masse totale des déchets produits en FranceQuestion écrite de M. Jean-Pierre Masseret (Moselle - Socialiste et républicain), JO Sénat, 12 novembre 2015, .).

Histoire

Le bois, la pierre, la terre crue et la terre cuite sont les matériaux traditionnels qui ont conditionné la manière de concevoir les bâtiments. Si les premiers sont disponibles à même le sol, la terre cuite est la première pierre artificielle employée. Par la suite, dès l'Antiquité, d'autres matériaux exigeant une préparation et des processus complexes de transformation, comme la chaux ou le plâtre, obtenus par chauffage de pierre calcaires ou de gypse sont employés. Additionnés de la pouzzolane ou de brique pilée, ils permettent à la Rome antique, de réaliser les premiers bétons basés sur de la chaux, l'opus caementicium. Jusqu'à la révolution industrielle, le fer, la fonte, le verre ne sont employés que de manière marginale.

Grèce antique Les temples antiques sont originairement en bois, recouverts d'argile cuite peinte de couleurs vives, destinée à protéger le bois, puis progressivement construits en marbre (dans les Cyclades) ou en calcaire gris coquillé (dans le Péloponnèse) accédant ainsi à une dimension monumentale. Dans cette nouvelle architecture, toute de pierre constituée, charpente comprise, les éléments fonctionnels tels métopes et triglyphes de la frise dorique qui étaient à l'origine des plaques de terre cuite qui protégeaient de l'humidité la charpente en bois, accèdent à une valeur purement décorative. Même chose pour les annelets des colonnes, qui à l'origine étaient les cerclages des colonnes en boisGwen-Haël Denigot, Le temple, un édifice où le temps s'arrête, Vif Extra, 4 au 10 novembre 2011.. Le temple est couvert de tuiles, corinthiennes ou laconiennes, rectilignes ou curvilignes, en terre cuite ou en pierre, entre et , estampillées de dates de lettres ou de destination. Selon l'auteur grec Pausanias, l'inventeur des tuiles en marbre est un certain Byzès de NaxosStéphanie Pioda, Les charpentiers au faîte de leur art, Vif Extra, 4 au 10 novembre 2011.. Un soin particulier est accordé aux charpentes renforcées parce que supportant des tuiles en pierre. Elles sont en pin de Macédoine, en chêne du Péloponnèse en cèdre ou en cyprès issu de la région de Sicyone ou même d’Égypte. Les charpentiers tout comme les peintres et sculpteurs sont itinérants. Contrairement à l'image de marbre blanc que nous a laissé l'usure du temps, les temples grecs étaient peints. Une coloration canonique se met en place : les lignes horizontales sont en rouge, les verticales en bleu ou en bleu-noir, les fûts de colonnes restent clairs.

Périclès dans la vie des hommes illustres de Plutarque consacre l'usage des matières premières suivantes : pierre, airain, ivoire, or, ébène, cyprèsPlutarque, Vies des hommes illustres, trad. d'Alexis Pierron, 1 Charpentier, 1853, sur Wikisource..

En 1859, en France, l'Encyclopédie-Roret mentionne les matériaux suivants : la pierre, le moellon, la meulière, le plâtre, les carreaux de plâtre, les plâtras, la chaux, les mortiers, les sables, les ciments, la pouzzolane, le pisé, l'argile, le salpêtre, la brique, les carreaux de terre cuite, les poteries, les marbres, les granits, les stucs, le grès, la craie, le blanc en bourre, la terre à four, le bois de chêne, le bois de sapin, le noyer, l'aulne, le tilleul, l'érable, le fer, la fonte de fer, l'acier, le plomb, l'étain, le zinc, le régule, le cuivre jaune (le laiton), le cuivre rouge, la tuile de pays, la tuile de Bourgogne, la tuile d'Altkirch, le bitume-asphalte, les couleurs, les tissus de lin, de soie et de coton, les papiers de tenture, les verres à vitresAthanase Bataille, Nouveau manuel complet de la construction moderne ou Traité de l'art de bâtir avec solidité, économie et durée, Encyclopédie-Roret, 1859, lire en ligne..

Les pierres employées à Paris se tirent des carrières de Bagneux, de Sèvres, de Vaugirard, de Châtillon, de Montrouge, d'Arcueil, de Saint-Leu-d'Esserent (la Pierre de Saint-Leu), de L'Isle-Adam, de Conflans-Sainte-Honorine, de Gentilly, de Nanterre, de Montesson, de Saillancourt, près Meulan, de Louvres, de Tonnerre et de Château-Landon.

À partir de la révolution industrielle, et surtout à partir du , le champ d'application de certains matériaux comme le fer, la fonte, l'acier, voire le verre, à grand renfort de combustibles fossiles, se déplacent vers la construction.

Une mutation s'opère alors dans la construction lorsqu'on cesse d'employer la pierre naturelle comme matériau statique. Elle coïncide avec l'apparition du béton de ciment et plus largement des pierres artificielles (briques, blocs), moins chers à produire, plus faciles à mettre en œuvre.

De nouveaux matériaux de construction voient le jour, résultats des progrès de la chimie et de la science des matériaux. À partir des années 1930, la plasturgie s'appuyant sur l'exploitation des produits dérivés du pétrole, crée de nouveaux matériaux par synthèse chimique, les matières plastiques, dont la grande adaptabilité (légèreté, solidité, déformabilité, facilité de nettoyage) fait le succès dans de nombreux domaines y compris la construction.

Se pose alors la question, pour la première fois de l'histoire, du cycle de vie de ces matériaux, en fin de vie leur stockage, leur recyclage ou leur destruction, ces matériaux n'existant pas à l'état naturel, n'étant pas biodégradables et présentant un caractère plus ou moins nocif.

Il existe une corrélation étroite entre le produit national brut (PNB) d'un pays et sa consommation de polymèresJean Pierre Mercier, Gérald Zambelli et Wilfried Kurz, Introduction à la science des matériaux, PPUR, 1999, lire en ligne..

Une partie du travail de recherche actuel sur les matériaux vise à produire des matériaux plus performants, à moindre coût énergétique et à moindre impact environnemental. D'autre part un intérêt populaire certain retourne aux matériaux traditionnels originaux.

Prospective L'impression 3D de grands volumes, le BIM, les matériaux intelligents, la ville intelligente appellent des matériaux nouveaux et/ou alternatifs dont le développement est souvent freiné par l'absence de normes, et parfois de retour d'expérience.

L'apprentissage automatique et divers outils déjà disponibles de modélisation complexe d'optimisation et d'aide à la décision, par exemple basés sur des algorithmes génétiques (AG) et de programmation génétique (PG et MGGP, pour multigene genetic programming) sont proposés, par exemple par Sadok en 2016 pour aider au développement de ces nouvelles approches (matériaux/formulation, réseaux intelligents, moyens de mise en œuvre).

Classification Classement chimique Voici un classement possible selon leur structure atomiqueLes grandes familles de matériaux, sur technologie.clg.free.fr. ou selon un classement de conception : matériaux métalliques , matériaux durs, rigides et déformables plastiquement. Ce sont des métaux ou des alliages de métaux : fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte Les métaux et leurs alliages sont ordinairement bons conducteurs de la chaleur, de l'électricité, opaques à la lumière visible qu'ils réfléchissent. On distingue : métaux ferreux : aciers fortement et faiblement alliés, fontes, métaux non ferreux : alliages d'aluminium, de cuivre, de nickel, de titane, de zinc ; matériaux organiques ou polymères organiques , matériaux constitués de molécules formant de longues chaînes carbonées, matériaux faciles à mettre en forme, ils supportent rarement des températures supérieures à , ils sont presque toujours des isolants thermique et électrique. Ce sont des matériaux d’origine animale, végétale ou synthétique : matériaux naturels d'origine végétale : bois, coton, papier, carton, matériaux naturels d'origine animale : laine, cuir, matériaux synthétiques (matière plastique et élastomères). On distingue, selon leurs propriétés thermomécaniques : polymères thermoplastiques : polyéthylène (PE), polystyrène (PS), polychlorure de vinyle (PVC), polymères thermodurcissables : polyester insaturé, polyuréthane, résine formaldéhyde, élastomères (qui se répartissent en élastomère thermoplastique et thermodurcissable) et mousses : caoutchouc, silicone, EPDM, caoutchouc nitrile (NBR), polyuréthane ; matériaux minéraux ou céramiques , matériaux inorganiques caractérisés par leur résistance mécanique et thermique (réfractaire). Ce sont des roches, des céramiques ou des verres : roches : pierre naturelle, plâtre, céramiques : porcelaine… ; matériaux composites. Ce sont des assemblages d'au moins deux des trois types de matériaux déjà cités, non miscibles : « fibre de verre », « fibre de carbone », contreplaqué, béton, béton armé, « Kevlar »

Forme

Poudre : plâtre, ciment, chaux Pavé droit (parallélépipède) : brique, bloc, pavé Écaille : tuile, ardoise, carreau, bardeau