3ème année de Licence – Mention Chimie








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Cette filière complète, pluridisciplinaire, à finalité professionnelle ou fondamentale, désignée par la mention " Matériaux" du domaine STS est bien appuyée sur la recherche et sur l’industrie, notamment régionale. Elle traite des aspects de synthèse, caractérisation, analyse, propriétés et traitement de tous les types de matériaux.




La filière Master "Matériaux" de l'UPS offre 4 possibilités :

  • M1 "Science des Matériaux" + M2 Professionnel "Matériaux : Elaboration, Caractérisation et Traitements de Surface",

  • M1 "Science des Matériaux" + M2 Professionnel "Matériaux et Structures pour l’Aéronautique et le Spatial",

  • M1 "Science des Matériaux" + M2 Recherche "Science des Matériaux, Nanomatériaux et Multimatériaux",

  • Master Erasmus Mundus : M1 + M2 Recherche "Materials for Energy Storage and Conversion”.



Les enseignements théoriques et pratiques de la spécialité "Chimie des matériaux" sont destinés à faire découvrir les matériaux et leur importance dans la vie courante, ainsi qu'à renforcer les connaissances en chimie du solide. L’accent est mis sur les aspects scientifiques et technologiques liés à l’élaboration et aux propriétés des matériaux découverts dans les dernières décennies (alliages pour l’aéronautique, céramiques techniques, polymères, …..). Le programme est réparti à volumes égaux entre les trois classes de matériaux (métaux, céramiques et polymères), sans exclure les matériaux composites. Il comprend aussi des enseignements relatifs aux techniques d’analyse et de caractérisation des matériaux les plus importantes, parmi celles qui ne sont pas enseignées dans le module commun du 2ème semestre (UE9). Les enseignements sont répartis en trois modules, les deux premiers comprenant, à parts égales, des cours et des travaux dirigés. Tous les travaux pratiques sont regroupés dans le module n° 3.
Unité 2L60MAM: "Métaux et céramiques" - 6 ECTS
Matériaux métalliques (14h C + 14h TD)

  • Introduction : Présentation des différents types d’alliages utilisés industriellement, par exemple en s’appuyant sur une vue « éclatée » d’un avion.

  • Les grandes familles de métaux et alliages : Alliages ferreux, alliages légers, inox, superalliages, base cuivre, base titane, composites base métallique.

  • Relation structure propriétés : Liaison métallique, dislocation, déformation des métaux, courbes de traction, antagonisme résistance / résilience.

  • Corrosion : Présentation des problèmes de corrosion aqueuse rencontrés dans les véhicules; comportements noble, passif ou corrodable, traitements de surface et couples galvaniques.

  • Structure des métaux et alliages (TD) : Les structures de base des métaux, sites cristallographiques, alliages d’insertion/de substitution, défauts cristallins, inter-métalliques.

  • Diagrammes de phases (TD) : Les diagrammes traités auront un aspect pratique : Pb-Sn (brasure) Al-Mg, Al-Ti (alliages légers), Ni-Al (superalliages), Cu-Ni (alliages cuivreux hautes performances), Cu-Zn ( bronzes).

Matériaux céramiques (14h C + 14h TD)


  • Introduction : Des céramiques dans la vie courante aux grandes classes de céramiques et à leurs propriétés spécifiques, en relation avec leur structure et/ou leur microstructure.

  • Elaboration des céramiques : Mise en forme des céramiques. Frittage en phase solide.

  • Céramiques pour l’électronique : Cristaux semiconducteurs (intrinsèques et extrinsèques) et leur application aux composants électroniques actifs. Quelques céramiques à structure pérovskite et leurs applications dans les composants électroniques passifs.

  • Céramiques thermomécaniques : Propriétés thermiques (dilatation, conductivité thermique, résistance aux chocs thermiques), comparaison de leurs propriétés et leurs utilisations. Renforcement des céramiques (composites à matrice céramique).-



Unité 2L61MAM: "Polymères et caractérisation des matériaux" - 6 ECTS
Matériaux polymères (14h C + 14h TD)

  • Introduction : présentation générale des polymères (Définitions de base, exemples d’applications, nomenclature, architecture, propriétés principales).

  • Chimie macromoléculaire: La polycondensation ou polymérisation en étapes. La polymérisation en chaîne (voie radicalaire, anionique, cationique et par les métaux de transition).

  • Relations structure-propriétés : Propriétés des polymères en solution & méthodes de caractérisations. Propriétés thermiques des polymères. Propriétés mécaniques des polymères.

  • Mise en oeuvre et mise en forme des polymères : Cinétique de polymérisation. Procédés de polymérisation (mise en œuvre). Procédés de transformation (mise en forme). Vieillissement et formulation des polymères.


Techniques de caractérisation des matériaux (15h C + 16h TD)


  • Préliminaire : Introduction aux différentes classes de matériaux.

  • Interactions rayonnement-matière : permettant d’introduire les techniques qui suivent et de les resituer par rapport à d’autres techniques (Diffraction des rayons X par exemple).

  • Fluorescence X (technique d'analyse élémentaire non destructive des solides).

  • Microscopies : Optique, Electronique à Balayage (MEB), Electronique à Transmission (MET), Technique analytique associée (microanalyse en dispersion d’énergie).

  • Caractérisations mécaniques : Déformation élastique et plastique, rupture fragile ou ductile et application aux essais de dureté, traction, compression, flexion.


Unité 2L62MAM: "Travaux pratiques" - 6 ECTS

Métaux (15h) : Analyse thermique simple, établissement du diagramme Sn/Pb. Coloration d’une équerre en aluminium, anodisation, coloration et colmatage. Etude métallographie d’un laiton au plomb, microdureté.
Céramiques (15h) : Synthèse par combustion autopropagée de ZrO2, contrôle du taux de lacune anionique par substitution avec MgO ou Al2O3 caractérisation par DRX et interprétation des diagrammes de phases. Préparation de céramiques type Ba1-xSrxTiO3, réalisation de condensateurs céramiques et mesure des propriétés diélectriques. Synthèse par coprécipitation puis dégradation thermique de solution solides entre Al2O3 et Fe2O3.
Polymères (15h) : Polymérisation en masse du PMMA et mesure de l'avancement de la réaction par deux techniques comparatives. Détermination de la masse moléculaire ‘Mn) et du degré de polymérisation (DPn) à partir de la viscosité intrinsèque. Séparation et identification d'un plastifiant dans un échantillon de PVC. Détermination des masses molaires du Polystyrène par Chromatographie d'exclusion stérique (CES ou SEC).

SPÉCIALITÉ VERS LES PROCÉDÉS PHYSICOCHIMIQUES (2L6PC3M) 18 ECTS



Enseignant responsable Sylvain Galier

 Laboratoire de Génie Chimique, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex

Bât 2R1, porte 111  05 61 55 83 18  galier@chimie.ups-tlse.fr
Équipe pédagogique : P. BACCHIN, H. CAQUINEAU, C. CAUSSERAND, M. COMTAT, S. GALIER, B. LAFAGE, L. MASSOT (responsable des TP), J.C. RÉMIGY, A. SAVALL, T. TZÉDAKIS
Objectif

La spécialité “vers les PPC” a pour objectif d’initier l’étudiant aux techniques du Génie des procédés et lui permettre de découvrir les potentialités de cette discipline. Il s’agit d’une formation en chimie physique de la transformation de la matière et de l'énergie, qui présente les connaissances fondamentales et les concepts nécessaires à la compréhension des principaux mécanismes régissant les procédés physicochimiques.

La formation théorique et pratique est conçue de façon à permettre la poursuite vers une formation approfondie (bac+5) sur le Génie des procédés ; elle donne également un aperçu complémentaire de ce qu’est un procédé et par extension de la “chimie en industrie” aussi bien à l’étudiant désireux d’intégrer la vie active, qu’à celui qui souhaite une spécialisation dans les disciplines fondamentales de la chimie.
Programme

Le programme proposé s’organise autour de 3 unités complémentaires et comporte des compléments de thermodynamique, associés aux bases physicochimiques des procédés bi/polyphasiques, ainsi que les fondements des bilans matière et d’énergie ; l’application de ces notions donne un rapide aperçu des opérations unitaires rencontrés dans un procédé industriel.


UE

Cours (h)

TD (h)

TP (h)

ECTS

Interfaces non réactives et transport


    • Phénomènes de transport

    • Phénomènes aux interfaces non réactives

    • Travaux pratiques


12

6


11

6


20

6

Réactivité et Surface


    • Cinétique hétérogène

    • Interactions de surface

    • Travaux Pratiques


10

7



10

7



20

6

Initiation aux procédés


    • Aspects descriptifs des procédés

    • Initiation à la modélisation des procédés

    • Travaux Pratiques


12

2



11

6



20

6



Interfaces non réactives et Transport
Mat 1 : Phénomènes de Transport

Diffusion, Convection, Migration, Transport de quantité de mouvement et de chaleur, et principaux couplages

Transport de quantité de mouvement (mécanique des fluides). Statique des fluides. Notions de viscosité et dynamique des fluides réels. Application des relations de Poiseuille et Bernouilli au dimensionnement d’installations hydrauliques.

- Transport de matière par diffusion et convection (naturelle et forcée). Nombres adimensionnels et corrélations.

- Transfert de chaleur par conduction et convection.

- Applications à des problèmes de génie chimique.

Mat 2 : Phénomènes aux interfaces non réactives

Miscibilité, Solubilisation, Tensions interraciales, Mouillage, Notions sur les Tensioactifs, Colloïdes
Travaux Pratiques :

Mécanique des fluides – Transfert de Chaleur

Phénomènes de Capillarité – Coefficient de diffusion 1
Réactivité et Surface
Mat 1 : Cinétique Electrochimique et Interfaces électrifiées

Le but de cet enseignement est de donner aux étudiants les bases nécessaires à la description et à la compréhension du fonctionnement des piles, batteries, accumulateurs et cellules d’électrolyse.

Il s’appuie sur la connaissance de l’interface électrode/solution, du transport électronique hétérogène qui s’y déroule et les modes de transport en solution. Il évoque les solutions pour activer une réaction d’électrode et pose les bases de l’électrocatalyse. Un panorama des applications dans le domaine de la corrosion, du stockage de l’énergie et de la synthèse termine cet enseignement.
Mat 2 : Interactions de Surface Adsorption, diffusion dans les solides

Adsorptions physique et chimique, notions énergétiques (Modèles de Langmuir, Freundlich, BET). Réactions chimiques associées (notions).

Éléments de diffusion dans des solides, analogies et couplages
Travaux Pratiques :

Cinétique électrochimique – Interface & Transfert

Isothermes d’adsorption – Coefficient de diffusion 2
Initiation aux procédés
Mat 1 : Aspects Descriptifs des Procédés

Une approche des opérations unitaires sous l’angle des Bilans Matière et Energétique.

L’objectif de cet enseignement, essentiellement descriptif, est d’initier l’étudiant aux techniques du génie des procédés et lui permettre de découvrir les potentialités de cette science dans l’industrie, mais aussi dans la recherche. Après quelques compléments sur la thermodynamique des solutions, des procédés industriels “type” seront examinés (tels que la fabrication du chlore et de ses dérivés, de l’ammoniac, des acides principaux, des polymères…) afin d’introduire de façon sommaire la plupart des opérations unitaires du génie chimique. Les notions “bilans de matière et énergétique” seront développées dans quelques cas simples en vue de mettre en place les bases nécessaires au dimensionnement de l’appareillage utilisé en génie des procédés.
Mat 2 : Initiation à la modélisation des procédés

Analyse théorique d’un problème relevant du Génie des Procédés

Cette partie sera effectuée sous forme de projet/programme du calcul scientifique à construire, à vérifier/valider et à présenter. L’étudiant se verra confier un problème concret du génie des procédés, relevant des manipulations dispensées en Travaux pratiques, pour lequel il aura à construire un programme de calcul simple lui permettant une première confrontation avec la modélisation. La réalisation de ce projet devra avoir lieu dans la salle informatique du service commun.
Travaux Pratiques :

Extraction L/L – Cycle frigorifique

Ultrafiltration – Etude ébulliométrique
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