Les matériaux sont différenciés selon leur provenance (issus d'êtres vivants par exemple) et leurs propriétés, qu'elles soient mécaniques (flexibilité ou rigidité…), chimiques (perméabilité ou imperméabilité à l'eau…) ou encore physiques (conductivité de l'électricité ou de la chaleur…).
Une famille de matériaux est un ensemble de matériaux dont les propriétés et la provenance sont semblables. Il existe 4 familles de matériaux : les matériaux métalliques, les matériaux minéraux, les matériaux organiques et les matériaux composites.
En fonction de la nature des liaisons de cohésion dans un solide, la Science des matériaux identifie trois classes de solides : les métaux, les céramiques et les polymères.
Voici quelques caractéristiques physiques des matériaux : solidité, dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et...), couleur, poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...), rigidité et forme.
Un solide est un objet géométrique en trois dimensions, c'est-à-dire qu'il possède longueur, largeur et hauteur. Un solide possède donc un volume, c'est-à-dire une contenance que l'on peut exprimer en litre (ou ses multiples) ou en m3 (ou ses multiples).
Une substance solide se caractérise par une forme propre et un volume propre. C'est à dire une forme et un volume qui ne varient pas, qui restent les mêmes quelque soit le récipient qui contient le solide.
Le monde consomme à présent 4,6 milliards de tonnes de béton chaque année, soit plus d'une demi-tonne pour chaque habitant de la planète (11,5 milliards de m3), ce qui en fait le matériau le plus utilisé sur Terre.
La caractérisation d'un matériau consiste à en analyser les propriétés. Elle s'effectue par des essais pouvant être normalisés, qui sont de plusieurs classes : mécaniques, physiques, chimiques et physico-chimiques.
Elle permet de comprendre la relation entre la composition chimique, la structure interne, les propriétés physiques, les performances et les applications d'un matériau.
Parmi les caractéristiques principales des métaux, on retrouve : la masse volumique, la conductivité électrique, la conduction thermique, la dureté, la corrosion, la résistance aux chocs ou bien la limite d'élasticité. Un métal pur est un matériau métallique composé d'un seul élément.
On peut distinguer deux catégories de solides : les polyèdres et les non polyèdres. Un polyèdre est un solide délimité par des faces qui sont toutes des polygones. Le mot vient du grec poly- = « nombreux », et de -èdre = « face ». Les polyèdres peuvent être analysés en terme d'arêtes, de faces et de sommets.
Un liquide est caractérisé par sa capacité d'écoulement (fluidité) et n'a donc pas de forme propre : il prend la forme du récipient qui le contient. En revanche, un liquide a un volume propre et présente de ce fait une très faible compressibilité.
Ainsi, il se définit par 4 caractéristiques en physique : - Le point d'application (point de départ, d'origine du vecteur) ; - La direction (ou droite d'action) ; - Le sens ; - La norme (sa valeur ou intensité).
Une propriété de matériau est une grandeur intensive, généralement exprimée dans une unité de mesure qui peut être utilisée comme métrique de la valeur pour comparer les avantages d'un matériau plutôt qu'un autre dans un choix de matériaux.
Un matériau organique est un matériau qui contient du carbone. Le bois, les végétaux, le charbon, le pétrole, les êtres vivants possèdent tous cet élément chimique. Ces exemples sont dits d'origine naturelle car ils ont tous été créés dans la nature.
Les propriétés non caractéristiques
La masse et le poids. Le volume. La température. Les états de la matière (solide, liquide et gaz)
Le verre, archétype du matériau fragile, peut être très ductile, au-dessus de sa température de transition vitreuse.
Le diamant est actuellement le matériau naturel le plus dur. Il est composé de carbone et parfois d'olivine (un minéral) en infime quantité. En raison de ses propriétés (notamment sa dureté), il est utilisé dans l'industrie.
C'est l'astate qui est l'élément le plus rare du monde. En tout et pour tout, il n'existerait en effet que moins de 30 g de ce minerai dans toute la croûte terrestre, selon des scientifiques de l'université d'Oxford.