v2.2.1 (2024)

Cours courts - CHI451 : Chimie des matériaux

Domaine > Chimie.

Descriptif

Ce cours constitue une introduction aux sciences des matériaux, domaine majeur de l'innovation dont les applications sont nombreuses : la mobilité et les transports, la conversion et le stockage de l’énergie, les technologies de l’information, la santé et les biotechnologies, l'environnement…

Les objectifs sont de décrire les problématiques actuelles du domaine et, sur un plan plus fondamental, de montrer le lien existant entre la structure chimique des matériaux, et leurs propriétés optimisées pour des applications ciblées. La mise en œuvre de matériaux repose donc sur la compréhension des mécanismes de synthèse et sur la maîtrise des procédés de mise en œuvre qui seront largement illustrés.

Ce cours est divisé en deux grandes parties d’égales importances focalisées d’une part sur les matériaux inorganiques (notamment les oxydes à propriétés remarquables), et d'autre part les polymères fonctionnels. Le cours est illustré de nombreux exemples permettant de comprendre l'importance du domaine des sciences des matériaux dans notre monde d'aujourd'hui, et pour appréhender les défis de demain.

Objectifs pédagogiques

L'objectif est de donner aux élèves les outils de base permettant d'appréhender les problématiques actuelles de mise au point de matériaux innovant, à l'interface avec la physique, la mécanique et la biologie.

Le cours fournira ainsi une culture de base permettant de comprendre le positionnement des matériaux dans le contexte actuel des défis liés à l'environnement, la santé et les nouvelles technologies.

 

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

Il n’y a aucun prérequis pour ce cours, mais CHI431 est conseillé. Un tutorat pourra être mis en place pour les étudiants volontaires

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade réduit

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

Le coefficient de l'UE est : 10

La note obtenue est classante.

Programme détaillé

Le contenu du cours est succinctement décrit dans la liste ci-dessous.

Première partie : Chimie du Solide
1- Introduction à la chimie du solide et des matériaux
1. Définition d’un matériau, différents type et classes de propriétés
2. Critères de choix d’un matériau
3. Enjeu de la recherche en sciences des Matériaux
4. Chimie du solide / Chimie des matériaux

Chapitre 2 : De l’atome au solide
1. Différents états de la matière, diagrammes pression/température
4. Eléments chimiques, Configuration électronique des atomes et des ions, liaisons dans les solides
5. Stœchiométrie - Diagrammes de phase
6. Le solide cristallin « parfait » comme empilements de sphères dures

Chapitre 3 : Structure des matériaux
1. Etats cristallisés et amorphes
2. Structures cristallines, rappels de cristallographie élémentaire
3. Structures types : structures dérivées d’empilements compacts et autres structures classiques
4. Détermination des structures - Diffraction des rayons X
5. Autres techniques de caractérisation des solides

Chapitre 4 : Ecart à l’idéalité
1. Notions de microstructure
2. Défauts
3. Non-stœchiométrie

Chapitre 5 : Elaboration des matériaux
1. Problématiques liées aux méthodes d’élaboration des matériaux : composition, microstructure, mise en forme
2. Voies céramiques
3. Chimie du dépôt des couches minces : CVD, PVD
4. Voies liquides d’élaboration, voie sol-gel

Chapitre 6 : Quelques matériaux à propriétés remarquables
1. Silice et dérivés
2. Nanomatériaux
3. Matériaux poreux

 

Deuxième partie : Polymères Industriels

Chapitre 1 : Introduction
1. Propriétés Caractéristiques des Polymères
2. Dispersité des Masses Molaires
3. Diversité des Structures Macromoléculaires
4. Les Grandes Classes de Polymères et leurs Voies de Synthèse

Chapitre 2 : Le Polystyrène
1. Les Différentes Classes de Polystyrènes (Cristal, Choc, Expansé)
2. Mécanisme de la Polymérisation Radicalaire
3. Procédés

Chapitre 3 : Les Polyoléfines
1. Polymérisation Radicalaire (LDPE)
2. Catalyse Ziegler-Natta (HDPE, LLDPE, UHMWPE)
3. Catalyse par les Métallocènes (HDPE, PP)
4. Procédés

Chapitre 4 : Les Silicones
1. Propriétés
2. Polymérisation par Ouverture de Cycles
3. Applications des Elastomères Silicones

Chapitre 5 : Les Polyamides
1. Relation Structure - Propriété
2. Polymérisation par Ouverture de Cycles
3. Polycondensation

Chapitre 6 : Les Polyépoxydes
1. Exemples d’application
2. Polycondensation de Monomères Multifonctionnels
3. Diagramme Temps -Température -Transformation
4. Procédés


Références bibliographiques :
• Chimie et physico-chimie des polymères par M. Fontanille et Y. Gnanou
• Solid State Chemistry, an introduction – L. Smart, E. Moore, Chapman & Hall, London 1992

Mots clés

sciences des matériaux, oxydes fonctionnels, polymères, technologies
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