Descriptif
Depuis les atomistes Grecs, puis les méthodes de diffraction de Laue, et plus récemment à l’aide des microscopies AFM, TEM et STM, nous sommes capables de décrire la matière comme une assemblée discrète d’atomes en interaction. Cependant, bien que les procédés de fabrication soient bien connus, les propriétés mécaniques des matériaux à ces échelles sont moins bien appréhendées. Quelles sont les spécificités du comportement mécanique de la matière à l’échelle atomique ? Comment prédire ce comportement à l’échelle continue, à partir de la connaissance des positions à l’échelle atomique ? Ce cours permettra de combiner les approches de la mécanique du point, de la dynamique moléculaire, de la physique statistique à l’équilibre et hors équilibre, pour comprendre sur quels ingrédients s’appuient les comportements macroscopiques des solides. Il est possible d’élargir ces approches de façon plus générale aux comportement collectifs des systèmes en interaction, comme dans les foules ou dans les essaims.
Objectifs pédagogiques
L’objectif de ce cours est que les élèves aient une connaissance physique du comportement mécanique des solides et fassent le lien entre la dynamique à l’échelle atomique et le comportement continu macroscopique. Cette approche permet aussi de façon générale d’identifier l’origine mécanique des comportements collectifs.
Diplôme(s) concerné(s)
Département OSE
Département de Mécanique.Objectifs de développement durable
ODD 12 Consommation et production responsables.Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux
Ce cours peut être suivi sans prérequis, en dehors de la mécanique du point et des principes de thermodynamique. Il est conseillé cependant d'avoir suivi au préalable un cours d'introduction à la Mécanique des Milieux Continus, et/ou un cours d’introduction à la Physique Statistique, et/ou un module de Chimie des Matériaux.
Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
Ce cours peut être suivi sans prérequis. Il est conseillé d'avoir suivi si possible au préalable un cours d'introduction à la Mécanique des Milieux Continus, et/ou un cours d’introduction à la Physique Statistique, et/ou un module de Chimie des Matériaux
Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
Vos modalités d'acquisition :
Évaluation : Examen final et 20 % de la note en contrôle continu (quiz)
Contrôle continu (20 % de la note)
-
2 quiz d’évaluation seront proposés sur la période (une douzaine de questions à chaque fois, durée maximum de 10 minutes). Ce seront des questions de cours, pas d’exercices, pas de calculs.
Épreuve finale (80 % de la note):
-
Une épreuve finale (problème à résoudre).
-
Durée totale de l’épreuve: 1H30
Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux
Vos modalités d'acquisition :
Évaluation : Examen final et 20 % de la note en contrôle continu (quiz)
Contrôle continu (20 % de la note)
-
2 quiz d’évaluation seront proposés sur la période (une douzaine de questions à chaque fois, durée maximum de 10 minutes). Ce seront des questions de cours, pas d’exercices, pas de calculs.
Épreuve finale (80 % de la note):
-
Une épreuve finale (problème à résoudre).
-
Durée totale de l’épreuve: 1H30
Évaluation : Examen final et 20 % de la note en contrôle continu (quiz)
Contrôle continu (20 % de la note)
-
2 quiz d’évaluation seront proposés sur la période (une douzaine de questions à chaque fois, durée maximum de 10 minutes). Ce seront des questions de cours, pas d’exercices, pas de calculs.
Épreuve finale (80 % de la note):
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Une épreuve finale (problème à résoudre).
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Durée totale de l’épreuve: 1H30
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Programme détaillé
Le cours sera organisé en 9 séances de Cours/TDs abordant les points suivants :
- La matière à l’échelle atomique : structure, interactions interatomiques, observation 2h + 2h TD
- Déformations et contraintes à l’échelle atomique : théorie de Born et Huang, méthodes d’homogénéisation et méthodes de lissage des quantités mécaniques 4h + 4h TD
- Forces d’adhésion : origine intermoléculaire des forces de surface, adhésion et déformation en mécanique du contact : modèles limites de Johnson-Kendal-Roberts et de Derjaguin-Müller-Toporov à petite échelle 2h + 2h TD
- Déformation plastique à l’échelle atomique : dislocations, modèle de Peierls-Nabarro, inclusions de Eshelby 2h + 2h TD
- Réponse vibratoire à l’échelle atomique : modes optiques et acoustiques, phonons, atténuation, transfert thermique 2h + 2h TD
- Lois de comportement thermo-mécaniques à l’échelle atomique : l’apport de la physique statistique à l’équilibre, et hors équilibre, phénomènes de transport 4h + 4h TD
- Initiation aux méthodes de simulations de la Dynamique Moléculaire 2h + 2h TD