L'aluminium est le matériau vers lequel un concepteur se tourne quand le poids compte, et le chiffre derrière cette décision est la densité : 2,70 g/cm³ pour l'aluminium pur, contre 7,85 g/cm³ pour l'acier et 8,96 g/cm³ pour le cuivre. Environ un tiers de l'acier, à volume égal – mais seulement si la pièce est conçue pour cela, car l'aluminium n'a aussi qu'un tiers de la rigidité.
Quelle est la densité de l'aluminium ?
L'aluminium pur a une densité de 2,70 g/cm³ (2 700 kg/m³, ou 0,098 lb/in³) à température ambiante. Les alliages commerciaux se situent entre environ 2,63 et 2,85 g/cm³ selon les éléments ajoutés : 5052 à 2,68, 6061 à 2,70, 3003 à 2,73 et 7075 à 2,81. Pour obtenir le poids d'une pièce, multipliez le volume en cm³ par la densité : un flan de 1 000 cm³ en 6061 pèse 2,70 kg, et le même flan en acier 7,85 kg. La densité varie légèrement avec la température et l'état métallurgique, mais pas assez pour compter dans un poids de pièce, une liste de colisage ou un calcul de fret.
Densité des alliages que l'on voit sur les plans
| Matériau | Densité (g/cm³) | kg/m³ | Par rapport à l'acier |
|---|---|---|---|
| Aluminium 1050 (pur) | 2,70 | 2 700 | 34 % |
| Aluminium 3003 | 2,73 | 2 730 | 35 % |
| Aluminium 5052 | 2,68 | 2 680 | 34 % |
| Aluminium 6061 | 2,70 | 2 700 | 34 % |
| Aluminium 6082 | 2,70 | 2 700 | 34 % |
| Aluminium 7075 | 2,81 | 2 810 | 36 % |
| Acier (doux, DC01) | 7,85 | 7 850 | 100 % |
| Inox 304 | 8,00 | 8 000 | 102 % |
| Cuivre C11000 | 8,96 | 8 960 | 114 % |
| Laiton (CuZn37) | 8,44 | 8 440 | 108 % |
Densité du cuivre, du laiton et de l'acier : 8,96, 8,44 et 7,85 g/cm³
Le tableau ci-dessus donne la réponse complète pour les métaux que nous travaillons le plus, et le plus utile est ce que le chiffre change en aval. Le cuivre est à 8,96 g/cm³ et le laiton à 8,44, contre 2,70 pour l'aluminium : un même volume de cuivre pèse 3,3 fois plus. L'acier doux est à 7,85 et l'inox 304 à 8,00, donc une pièce en acier pèse environ 2,9 fois une pièce en aluminium. Rien de tout cela n'est une raison d'éviter un métal – c'est une raison de mettre la densité dans le calcul avant de figer le plan.
- Cuivre, C11000 – 8,96 g/cm³, 3,3 fois l'aluminium. Les pièces en cuivre sont surtout choisies pour la conductivité ou la finition plutôt que pour le poids : un flan de 1 000 cm³ pèse 8,96 kg contre 2,70 kg en aluminium, et cette différence se retrouve sur la ligne de fret à chaque expédition. Voir si le cuivre est magnétique.
- Laiton, CuZn37 – 8,44 g/cm³, 3,1 fois l'aluminium. Le laiton est le matériau habituel des raccords de capteurs et des écrous tournés, souvent achetés au poids : la densité fait partie du prix. Voir le laiton comparé au bronze.
- Acier doux, DC01 – 7,85 g/cm³. L'acier est la colonne de référence du tableau : les lignes aluminium sont données en pourcentage de celle-ci, et 7,85 est le chiffre de départ de tout calcul de poids en tôlerie.
- Inox 304 – 8,00 g/cm³. Un peu plus lourd que l'acier doux, et c'est la nuance de la plupart des boîtiers de capteurs emboutis : passer un boîtier de l'aluminium à l'inox multiplie son poids par presque trois.
- Alliages d'aluminium – 2,68 à 2,81 g/cm³. L'écart compte sur une pièce limitée en poids : la même géométrie en 7075 est environ 4 % plus lourde qu'en 6061.
C'est dans le fret et la manutention que la différence se voit. Le fret aérien est facturé au poids taxable, donc une pièce en cuivre ou en laiton paie sa densité à chaque expédition : un support en aluminium de 500 g pèse 1,56 kg en laiton. Là où le plan autorise le métal plus léger, c'est une économie réelle ; là où il ne l'autorise pas – conductivité, usure, exigence magnétique – la densité est simplement un coût du matériau, qui appartient au devis.
Convertir la densité en poids de pièce
Le poids est le volume multiplié par la densité, et pour une pièce estampée ou emboutie le volume vient du flan, pas de la géométrie finie : épaisseur de tôle multipliée par la surface développée, moins la chute découpée. C'est pourquoi utilisation de matière et poids sont la même discussion. Pour une pièce plane c'est de l'arithmétique rapide ; pour un boîtier embouti, il vaut la peine de calculer à partir du flan, car la paroi s'amincit et la collerette s'épaissit, et la pièce finie ne pèse pas exactement ce que pesait le flan. Voir la conversion épaisseur et gauge quand le plan est encore en gauge.
Ce que la densité de l'aluminium apporte et n'apporte pas
- Poids : oui – un tiers de la masse à volume égal, ce qui fait gagner l'aluminium dans le transport, les appareils portables et tout ce qui est levé en répétition.
- Rigidité : non – le module de Young est d'environ un tiers de celui de l'acier, donc une pièce limitée en flèche demande souvent une section plus épaisse ou une nervure, et l'avantage de poids se réduit.
- Fret et emballage – une pièce plus légère coûte moins cher à expédier, et l'économie de fret est réelle sur un programme expédié par avion.
- Comportement thermique – l'aluminium conduit mieux la chaleur que l'acier et se dilate plus, ce qui compte sur un boîtier qui doit maintenir un capteur à température.
- Coût au kilo – l'aluminium coûte plus cher au kilo que l'acier : l'économie doit venir du poids, de la tenue à la corrosion ou du procédé, pas du prix de la matière.
Conversions courantes
| Unité | Aluminium | Acier |
|---|---|---|
| g/cm³ | 2,70 | 7,85 |
| kg/m³ | 2 700 | 7 850 |
| lb/in³ | 0,098 | 0,284 |
| lb/ft³ | 169 | 490 |
| kg par m² à 1 mm | 2,70 | 7,85 |
Point clé
Utilisez 2,70 g/cm³ pour les alliages d'aluminium dans tout premier calcul de poids, 2,68 pour le 5052 et 2,81 pour le 7075, et 8,96, 8,44 et 7,85 pour le cuivre, le laiton et l'acier. Calculez à partir du flan plutôt que de la pièce finie pour tout ce qui est embouti, et rappelez-vous que le tiers du poids de l'acier vient avec le tiers de sa rigidité.
Questions fréquentes
Quelle est la densité de l'aluminium en kg/m3 ?
2 700 kg/m³ pour l'aluminium pur. Les alliages commerciaux vont d'environ 2 630 à 2 850 kg/m³.
L'aluminium est-il plus léger que l'acier ?
Oui, à volume égal : 2,70 g/cm³ contre 7,85 pour l'acier doux, donc une même section pleine pèse environ un tiers. Une pièce dimensionnée en rigidité peut finir plus lourde que ce rapport idéal, car l'aluminium est aussi moins rigide.
Quelle est la densité de l'aluminium 6061 ?
2,70 g/cm³, pratiquement identique à l'aluminium pur pour les calculs de poids.
Comment calculer le poids d'une pièce en aluminium ?
Multipliez le volume en cm³ par 2,70 pour l'aluminium pur ou le 6061, ou par la densité de l'alliage indiqué sur le plan. Pour les pièces en tôle, partez de la surface du flan multipliée par l'épaisseur.
Quelle est la densité du cuivre ?
8,96 g/cm³ (8 960 kg/m³) pour le cuivre pur C11000 – environ 3,3 fois la densité de l'aluminium et 14 % de plus que l'acier doux.
Quelle est la densité de l'acier ?
7,85 g/cm³ pour l'acier doux comme le DC01, et 8,00 g/cm³ pour l'inox 304. Les aciers alliés se situent entre environ 7,75 et 8,05 selon les éléments d'alliage.
Le cuivre est-il plus lourd que l'acier ?
Oui. Le cuivre est à 8,96 g/cm³ contre 7,85 pour l'acier doux, donc à volume égal il est environ 14 % plus lourd ; l'inox 304 se situe entre les deux à 8,00.
Quelle est la densité du laiton ?
8,44 g/cm³ pour le CuZn37. La densité du laiton augmente avec la teneur en zinc, d'environ 8,4 à 8,7 g/cm³ selon les nuances courantes.
Normes et sources
- EN 573-3 – Aluminium et alliages d'aluminium : composition chimique et forme des produits.
- ASTM B209 – Standard Specification for Aluminum and Aluminum-Alloy Sheet and Plate.
- EN 10088-1 – Aciers inoxydables (numéros de matériau pour la comparaison).
- EN 10025-2 – Produits laminés à chaud en aciers de construction.
Les valeurs de densité sont des constantes du matériau à température ambiante (20 °C) ; les éléments d'alliage les déplacent de quelques pour cent.