Bronze ou cuivre : quelle est la différence ?

Depuis des milliers d'années, le bronze et le cuivre sont des métaux utiles, bien avant l'ère de l'aluminium et de l'acier. Aujourd'hui encore, ces deux métaux conservent de nombreuses applications dans l'industrie manufacturière moderne. Tous deux sont désignés dans le secteur sous le nom de métaux rouges et, en raison de leur ancienneté, ils ont servi de point de départ à d'autres métaux sous forme d'alliages. Cependant, le bronze est un alliage de cuivre et il peut être parfois délicat de le distinguer du cuivre. À cet égard, cet article explore le cuivre et le bronze afin d'établir des comparaisons permettant de les différencier. Il présente de manière détaillée les propriétés physiques, chimiques et mécaniques du cuivre et du bronze.

Commençons par comprendre ce qu'est le bronze et ce qu'est le cuivre

Comme indiqué précédemment, cet article vise à comparer le bronze et le cuivre à l'aide de diverses propriétés. Mais avant de différencier le bronze du cuivre, examinons de plus près le bronze et le cuivre.

Qu'est-ce que le bronze ?

En termes simples, le bronze est le résultat de l'ajout d'étain au cuivre, bien qu'il contienne plus que de l'étain. Le bronze a été découvert vers 3500 av. J.-C., avant le développement de la méthode chimique exacte. Aujourd'hui, le bronze est défini comme un alliage de cuivre caractérisé par la spécification de ses éléments d'alliage et de ses propriétés de mise en œuvre.

Le bronze, en tant qu'alliage de cuivre, est composé d'éléments d'alliage autres que le cuivre et l'étain, notamment le manganèse, le plomb, le zinc, le nickel, l'antimoine, le silicium et d'autres encore. Cette composition élémentaire du bronze est à l'origine de ses améliorations et, par conséquent, les concepteurs du secteur disposent aujourd'hui d'une vaste gamme de nuances de bronze. En conséquence, un bronze typique est cassant et présente une teinte brun rougeâtre/dorée avec un faible frottement au contact d'autres métaux.

Qu'est-ce que le cuivre ?

Le cuivre est connu comme un métal natif et on le trouve parfois à l'état libre dans la nature. Les artefacts de ce métal natif ont été découverts pour la première fois dans des régions primitives telles que celles des Indiens du Nord-Ouest Pacifique, connues depuis l'Antiquité et remontant à environ 5000 av. J.-C. À cette époque ancienne, le cuivre servait à fabriquer des armes et des outils, et était également utilisé à des fins décoratives.

Aujourd'hui, le cuivre a une grande variété d'applications car il est tendre, ductile et malléable, avec une conductivité électrique et thermique très élevée. On le retrouve dans la construction de bâtiments, comme conducteur de chaleur et d'électricité, et comme constituant pour la production d'autres alliages métalliques. Ces applications en alliage incluent le bronze, le laiton, le cupronickel et bien d'autres. Un morceau de cuivre fraîchement exposé présente une coloration brun rougeâtre.

Comparons 17 différences entre le bronze et le cuivre

Dans ce chapitre, nous nous concentrons sur la comparaison de différentes propriétés individuelles du bronze et du cuivre.

Bronze ou cuivre : composition élémentaire

Le bronze et le cuivre peuvent être différenciés en comparant leur composition élémentaire. En comparaison, le cuivre est un métal de transition non ferreux qui existe à l'état pur. Contrairement au bronze, c'est un métal naturel, directement adapté à la transformation. Outre sa présence naturelle, il peut également exister comme élément d'alliage dans d'autres métaux tels que le bronze.

En revanche, le bronze, qui est un alliage de cuivre, est composé de cuivre (Cu) et d'étain (Sn) comme composition élémentaire principale. Outre sa composition principale, il contient d'autres éléments selon sa forme d'alliage, notamment :

• Nickel (Ni)
• Plomb (Pb)
• Aluminium
• Phosphore (P)
• Antimoine
• Silicium (Si)
• Cobalt
• Soufre (S)
• Zinc
• Chrome

Bronze ou cuivre : résistance à la corrosion

Pour différencier le bronze du cuivre, on peut comparer leur résistance à la corrosion. Le bronze, un alliage de cuivre, s'oxyde au contact de l'air pour former une couche protectrice appelée patine mouchetée. Cette réactivité est attribuée à sa teneur en cuivre, ce qui empêche la surface du bronze de se corroder. C'est particulièrement vrai en milieu salin, d'où son utilisation pour les pièces marines et les accastillages de bateaux. Toutefois, lorsque le bronze entre en contact avec des composés chlorés, sa teneur en cuivre se dégrade progressivement au fil du temps. Ce phénomène est connu sous le nom de « maladie du bronze ».

De son côté, le cuivre peut également subir une oxydation pour former une patine mouchetée qui prévient la corrosion. Comme aucun des deux métaux ne contient de fer, ils sont réputés posséder une excellente résistance à la corrosion. En conclusion, le bronze est naturellement plus résistant à la corrosion que le cuivre.

Bronze vs cuivre : conductivité électrique

La conductivité électrique d'un métal désigne la mesure de la quantité de courant générée par la surface cible d'un matériau. Dans l'industrie manufacturière, le cuivre sert généralement de référence pour évaluer les matériaux électriques. La conductivité de ces matériaux est donc exprimée en mesure relative au cuivre. Le cuivre est considéré comme conducteur à 100 %, tandis que les autres valeurs de conductivité sont exprimées selon l'IACS – International Annealed Copper Standard.

En revanche, le bronze est réputé conducteur à hauteur de 15 % de celle du cuivre. Le bronze est majoritairement composé de cuivre, mais sa faible conductivité électrique s'explique par la présence d'autres éléments d'alliage.

Bronze vs cuivre : conductivité thermique

La conductivité thermique est un autre critère permettant de différencier le cuivre du bronze. Elle mesure la manière dont le cuivre et le bronze peuvent être utilisés dans des applications thermiques. Pour mesurer leur conductivité thermique, on détermine la quantité d'énergie et la vitesse à laquelle cette énergie peut être transférée. En comparaison, le bronze est un alliage de cuivre, tandis que le cuivre se présente sous sa forme pure.

La conductivité thermique des alliages augmente avec la température, tandis que celle des métaux purs reste constante lorsque la température augmente. Le bronze affiche la conductivité thermique la plus élevée (229 – 1440 BTU-in/hr-ft²-°F), tandis que le cuivre affiche la plus faible (223 BTU-in/hr-ft²-°F).

Bronze vs cuivre : point de fusion

Il est très important de prendre en compte le point de fusion d'un matériau pour un projet. En effet, à la fusion, un matériau utilisé comme composant d'une machine peut défaillir. À ce stade, le matériau ne peut plus remplir sa fonction, car il est passé de l'état solide à l'état liquide.

De plus, si les matériaux sont envisagés pour leur formabilité, le point de fusion constitue un critère très important. En effet, plus la température est basse, plus le matériau est facile à former. Le cuivre a le point de fusion le plus élevé comparé au bronze. Le cuivre fond à 1084 °C, tandis que le point de fusion du bronze se situe entre 315 et 1080 °C.

Bronze vs cuivre : dureté

La dureté d'un matériau désigne sa résistance à la déformation plastique locale obtenue par l'enfoncement d'une force prédéterminée sur une surface plane. La dureté d'un matériau peut être mesurée à l'aide de l'échelle de dureté Brinell, l'un des essais de dureté les plus courants. Sur cette échelle, le cuivre obtient un score de 35, inférieur à celui du bronze, dont le score varie de 40 à 420. Ce résultat montre que le bronze est bien plus dur que le cuivre. En conséquence, il est cassant, ce qui le rend plus sujet à la rupture que le cuivre.

Si l'usinabilité est une exigence du projet, le cuivre est un choix parfait. En revanche, si la résistance à l'usure et la solidité priment sur l'usinabilité, le bronze est préféré au cuivre.

Bronze vs cuivre : poids

La comparaison du poids est également un facteur crucial dans le choix entre le bronze et le cuivre pour un projet. Lorsque la légèreté est une exigence importante pour la réussite d'un projet, le bronze semble être un choix parfait. Cette mesure est réalisée en utilisant l'eau comme référence de densité – avec une valeur de 1. Selon le système métrique, le bronze présente une densité allant de 7400 à 8900 kg/m³, ce qui en fait le plus léger des deux. De son côté, le cuivre présente une densité de 8930 kg/m³, ce qui en fait le plus lourd.

Bronze vs cuivre : durabilité

La durabilité d'un matériau repose sur une bonne renouvelabilité, une bonne réparabilité, associées à la maintenance. Tout matériau durable doit pouvoir s'adapter aux évolutions technologiques, techniques et de conception. Dans cette optique, le bronze est un métal dur et robuste, qui se déforme difficilement. Il est hautement résistant à la corrosion grâce à sa capacité à résister à l'eau. En revanche, le cuivre présente une grande souplesse comparé au bronze. On peut donc dire que le bronze est une alternative bien plus solide et plus durable que le cuivre.

Bronze vs cuivre : usinabilité

L'usinabilité est une note comparative attribuée aux matériaux métalliques afin de déterminer leur réaction aux contraintes d'usinage. Ces contraintes d'usinage peuvent inclure l'estampage, le tournage, le fraisage, etc. Lorsque l'on compare l'usinabilité du bronze et du cuivre, le cuivre présente une meilleure usinabilité. Cela peut s'expliquer par la dureté du bronze. Le bronze est dur et robuste, il se déforme difficilement comparé au cuivre, très souple.

De plus, les alliages de cuivre sont plutôt ductiles à usiner. Le cas échéant, si l'usinabilité est un critère de choix entre le bronze et le cuivre pour un projet, le cuivre est sans conteste un choix parfait.

Bronze vs cuivre : formabilité

La formabilité désigne la capacité d'un matériau à subir une déformation plastique sans être endommagé lors du formage. À cet égard, le cuivre est réputé pour sa formabilité exceptionnelle, comme en témoigne sa capacité à produire un fil de taille micrométrique avec un minimum de recuits d'adoucissement. Cependant, certains bronzes sont formables, notamment le bronze phosphoreux PB1, qui peut être formé à froid par des techniques de formage en matrice.

Bronze vs cuivre : soudabilité

Le bronze et le cuivre sont soudables dans leur domaine respectif et peuvent également être assemblés à l'aide d'un équipement MIG et d'un soudage au bronze au silicium. Parmi toutes les nuances de bronze soudables, le bronze sans plomb présente une soudabilité moyenne, car il fissure sous contrainte. Cela peut être évité en utilisant le procédé SMAW.

En revanche, le cuivre désoxydé et sans oxygène est plus facile à souder. Le MIG et le TIG sont les méthodes de soudage privilégiées, tandis que le MMA et le soudage oxyacétylénique peuvent être utilisés pour la réparation de composants en cuivre tough pitch.

Bronze vs cuivre : limite d'élasticité

La limite d'élasticité d'un matériau désigne la contrainte à laquelle une quantité prédéterminée de déformation permanente se produit sur ce matériau. En comparaison, le bronze présente une limite d'élasticité supérieure à celle du cuivre. Pour appuyer cette affirmation, le bronze affiche la limite d'élasticité la plus élevée, à 69,0 – 800 MPa (10000 – 116000 psi), tandis que le cuivre atteint 33,3 MPa (4830 psi).

Bronze vs cuivre : résistance à la traction

Dans l'industrie actuelle, de nombreux fabricants considèrent la résistance du matériau comme l'un des facteurs déterminants pour choisir un matériau plutôt qu'un autre. Ce cas ne fait pas exception – c'est d'ailleurs l'une des raisons de cette comparaison. En comparant les deux, nous avons constaté que lorsqu'une résistance élevée est requise, le bronze est un choix parfait. Le bronze affiche une résistance à la traction comprise entre 350 MPa et 635 MPa, tandis que le cuivre présente une résistance à la traction de 210 MPa.

Bronze vs cuivre : résistance au cisaillement

La résistance au cisaillement d'un métal est la propriété qui décrit la résistance de ce métal à une charge de cisaillement avant que le composant ne rompe en cisaillement. La rupture par glissement ou l'action de cisaillement, telle que traduite par la résistance au cisaillement, se produit normalement parallèlement à la direction de la force agissant sur un plan. En comparaison, le bronze présente la résistance au cisaillement la plus élevée, comprise entre 35000 psi et 47000 psi. En revanche, le cuivre présente la résistance au cisaillement la plus faible (25000 psi).

Bronze vs cuivre : couleur

Il peut être quelque peu délicat de déterminer la couleur du bronze et du cuivre. Les deux métaux sont en quelque sorte brun rougeâtre, mais ils peuvent être différenciés. Le brun rougeâtre du bronze se caractérise par un or terne, tandis qu'un cuivre fraîchement exposé se caractérise par une couleur orange rosé.

Bronze vs cuivre : prix

Comme le bronze et le cuivre existent en différentes nuances, leur prix peut varier. Toutefois, si le prix du bronze et du cuivre peut varier selon la nuance, le cuivre est généralement le plus cher lorsque l'on compare des pièces de matériau identiques. Le prix réduit du bronze peut s'expliquer par la teneur réduite en cuivre de l'alliage de cuivre.

Bronze vs cuivre : applications

Le bronze est un alliage de cuivre qui existe sous une grande variété de formes. On le retrouve dans un vaste éventail d'applications. Le bronze est utilisé dans des applications telles que les instruments de musique, les contacts électriques, ainsi que pour les hélices de navires et les paliers immergés. Certains paliers spécifiques sont fabriqués en bronze en raison de leur excellente résistance au frottement, de leur dureté et de leurs propriétés anti-usure. Ils sont donc utilisés pour les ressorts, les bagues, les paliers pilotes de transmission automobile, les paliers de petits moteurs électriques, et bien d'autres encore.

Le bronze convient à la fabrication de marteaux, de maillets, de clés, ainsi que d'autres outils durables, car lorsqu'ils sont frappés contre une surface dure, ils ne produisent aucune étincelle. Le bronze est largement utilisé pour la fabrication de laine de bronze destinée aux applications d'ébénisterie. Une autre application courante du bronze est la coulée de sculptures en bronze. Elles sont considérées comme la forme la plus élevée de l'art sculptural dans la Grèce antique. Le bronze existe sous différents alliages et leurs propriétés sont décrites ci-dessous :

Ce type de nuance de bronze est couramment utilisé dans l'industrie pour sa haute résistance et sa résistance à la corrosion. Le bronze au manganèse 863 est une option idéale pour les applications intensives en raison de sa durabilité et de sa longévité. On le trouve principalement dans des applications telles que les équipements de construction et agricoles. Il convient à la fabrication des éléments suivants :

• Bronze pour engrenages
• Axe de pont
• Cales et cames
• Paliers de charge
• Composants de vérins hydrauliques
• Écrous de serrage
• Grandes vannes à tige

Cet alliage de bronze est très réputé pour sa qualité de résistance à la corrosion et son application se retrouve en milieu marin. Bien que le bronze à l'étain 907 soit modérément usinable, il offre d'excellentes performances dans les applications d'usure et de fatigue. Cette nuance de bronze convient à la fabrication de

• Bronze pour engrenages
• Paliers
• Raccords marins
• Bagues
• Composants de pompes
• Segments de piston

Le bronze à l'étain 917 est réputé pour sa capacité de charge dans les applications à mouvement lent et irrégulier. Lorsqu'il est utilisé, il nécessite une lubrification adéquate et offre une excellente résistance à la corrosion. Le bronze à l'étain 917 se retrouve dans les applications suivantes :

• Couronnes de ponts
• Roues de réducteurs à vis sans fin
• Paliers à faible vitesse et forte charge
• Engrenages
• Composants de ponts mobiles

Parmi les alliages non ferreux les plus résistants disponibles dans l'industrie figure le bronze à l'aluminium 955. Il offre une vaste gamme d'avantages à ses utilisateurs, tels qu'une dureté et un allongement élevés, une résistance à la compression et une limite d'élasticité supérieures, une résistance à la corrosion en eau de mer, une résistance thermique élevée, et bien d'autres encore. Le bronze à l'aluminium 955 est l'un des bronzes soudables et usinables les plus recherchés. Il trouve des applications dans les domaines suivants :

• Moteurs d'avion (sièges, guides de soupapes)
• Bagues
• Agitateurs
• Bronze pour engrenages
• Composants de train d'atterrissage
• Vis sans fin
• Décapage (paniers/crochets)

Ce type d'alliage de bronze est une nuance extrêmement résistante qui présente une résistance à la corrosion supérieure à toutes les autres nuances. C'est pourquoi il est aujourd'hui largement connu et utilisé dans l'industrie manufacturière. Le bronze à l'aluminium 954 offre une meilleure soudabilité, une limite d'élasticité et une résistance à la traction élevées, une résistance à la température, et bien d'autres encore. Le bronze à l'aluminium 954 se retrouve dans les applications suivantes :

• Engrenages droits
• Paliers
• Décapage (paniers/crochets)
• Vis sans fin et roues à vis sans fin (faible vitesse/haute résistance)
• Bagues
• Composants de vannes

Le cuivre est principalement utilisé comme métal pur, mais lorsqu'une dureté supérieure est prioritaire, il est transformé en bronze ou en laiton. Depuis plus de deux siècles, la peinture au cuivre est utilisée sur les coques de bateaux pour limiter la croissance des végétaux et des coquillages. En outre, le cuivre a été utilisé, bien qu'en petites quantités, pour des compléments nutritionnels et des fongicides en agriculture. Voici les principales applications du cuivre telles qu'on les trouve dans l'environnement manufacturier :

Comme indiqué au chapitre deux, dans la section sur la conductivité électrique, le cuivre est toujours utilisé comme référence pour mesurer la conductivité électrique des autres matériaux conducteurs. Il possède une conductivité de 100 %, tandis que les autres matériaux conducteurs sont mesurés par rapport au cuivre.

Par conséquent, le cuivre reste le conducteur électrique le plus prisé dans ce domaine. On le retrouve là où le cuivre est utilisé pour le câblage électrique, bien qu'il soit moins prisé pour le transport d'électricité aérien. Son usage se trouve principalement dans la transmission, la distribution, la production d'énergie, les télécommunications, les circuits, les transformateurs de puissance et une grande variété d'équipements électriques.

Le cuivre remplace l'aluminium dans les circuits imprimés et les cartes de circuits intégrés en raison de sa conductivité supérieure. Le cuivre est également utilisé dans les dissipateurs thermiques et les échangeurs de chaleur car il présente une propriété supérieure de dissipation de la chaleur. Il peut être utilisé dans les électroaimants, les tubes cathodiques, les tubes à vide, les magnétrons des fours à micro-ondes, et bien d'autres applications.

Le cuivre a toujours été recherché pour son efficacité dans les moteurs électriques. L'utilisation du cuivre dans la fabrication des bobines utilisées dans les moteurs électriques ne cesse d'augmenter. Sur l'ensemble de la consommation d'électricité, les moteurs et les systèmes motorisés représentent entre 43 % et 46 %. Cela signifie que le cuivre est très utilisé dans ce domaine.

Depuis la découverte du cuivre, on lui a trouvé des applications dans les solins, les voûtes, les portes, les toitures, les gouttières, les descentes d'eau pluviale, les portes, les toitures, les dômes, les flèches, et bien d'autres. En effet, le cuivre est un matériau architectural durable, résistant à la corrosion et aux intempéries.

Aujourd'hui, le cuivre présente un avantage supplémentaire puisqu'il est utilisé dans le bardage des murs intérieurs et extérieurs, les joints de dilatation des bâtiments, le blindage contre les radiofréquences, et bien d'autres. Dans les conceptions architecturales, le cuivre est utilisé dans les produits décoratifs intérieurs, notamment les mains courantes, les luminaires, les plans de travail, les salles de bains, et bien d'autres.

Une autre utilisation remarquable du cuivre concerne son action antimicrobienne. Il peut être transformé en alliages offrant des propriétés antimicrobiennes. Un exemple d'organisme qu'il peut combattre est l'Escherichia Coli. Les pièces fabriquées à partir de cet alliage de cuivre sont principalement utilisées dans le secteur de la santé publique pour la fabrication de tables de lit, d'équipements de salles de sport, d'accessoires de toilettes, d'éviers, de poignées de chariots de supermarché, et plus encore. Cette application se retrouve dans des pays tels que le Royaume-Uni, le Japon, les États-Unis, la Chine, la Corée, l'Australie, le Brésil, et bien d'autres.

Le cuivre permet d'empêcher la croissance de nombreuses formes de vie, on dit qu'il est biostatique. En raison de sa nature biostatique, le cuivre est utilisé pour le doublage des pièces de navires afin de les protéger contre les bernacles et les moules. Le cuivre présente une activité antimicrobienne remarquable et, par conséquent, il est souvent utilisé pour fabriquer des filets destinés à prévenir le biofouling.

Le cuivre est aujourd'hui utilisé comme moyen d'investissement en raison de son utilisation croissante dans le secteur de la fabrication. Certains investisseurs stockent désormais le cuivre sous forme de rondelles et de barres métalliques, tandis que d'autres investissent dans son utilisation pour la production de panneaux solaires, de moteurs à turbine et d'autres sources d'énergie renouvelables.

Tableau récapitulatif

Comment distinguer le bronze du cuivre ?

Le bronze et le cuivre peuvent être différenciés par leur couleur respective. Bien que cela puisse être délicat, on peut le faire rapidement.

• Pour distinguer le bronze du cuivre, nettoyez d'abord les deux métaux, car ils peuvent tous deux développer une patine verdâtre en surface.
• Après le nettoyage, les métaux d'origine redeviennent visibles. Notez que, pour plus de sécurité, il convient d'utiliser des produits de nettoyage commerciaux pour le cuivre et le bronze.
• Placez les deux métaux sous une lumière blanche ou à la lumière du soleil. En effet, le bronze et le cuivre ont tous deux une coloration brun rougeâtre, mais de nuances différentes.
• Identifiez les deux métaux : si vous découvrez une couleur rougeâtre caractérisée par une coloration dorée terne, il s'agit de bronze. En revanche, si le métal brun rougeâtre se caractérise par une couleur orange rosé, il s'agit de cuivre.

Bronze vs cuivre : FAQ

Résumé : bronze vs cuivre, lequel est le meilleur pour votre projet ?

Savoir distinguer le bronze du cuivre permet d'économiser des sommes considérables. En effet, utiliser le mauvais métal pour un projet peut être désastreux. Cependant, le meilleur métal entre le cuivre et le bronze dépend toujours des exigences de votre projet. Néanmoins, si vous n'êtes pas sûr de la marche à suivre, demandez l'avis d'un expert.

Merci d'avoir lu jusqu'ici ; nous espérons que vous avez beaucoup appris. Consultez notre blog pour plus d'informations.