Description
Il s'agit d'une série de 12 Unités d'Enseignement Fondamentaux de Recherche, de chacune 12h (soit 144h au total).Ces enseignements sont uniques en France car ils reflètent les activités de recherche actuelles des quatre axes du laboratoire IRCER (https://www.ircer.fr/), sur lequel s'adosse le Master Sciences et Génie des Matériaux : Céramiques Hautes Performances.
Description
Contenu :
Cette UER comporte deux parties.
1ère partie: Rhéologie
1) Généralités et lois de comportement pour les suspensions (viscosité et visco-élasticité)
2) Rhéométrie : procédures (écoulement, fluage, oscillation) et géométries (rotatifs, capillaires)
2ème partie: Suspensions : stabilité/agrégation
1) Rappel de connaissances de base sur les suspensions colloïdales (charges et potentiel de surface, théorie de la double couche, interactions entre colloïdes)
2) Stabilité des suspensions : généralités et cas de mélanges de particules ; apport de la simulation numérique
3) Agrégation et structure des suspensions : les paramètres qui influencent la forme et la structure des agrégats
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Les suspensions et pâtes sont souvent utilisées dans les procédés de mise en forme des matériaux céramiques. Cela suppose de maîtriser leur comportement à la fois structural et rhéologique. Cette UER vise à apporter les connaissances de base en la matière, ainsi que des connaissances issues de travaux de recherche récents de l’IRCER.
Description
Contenu :
§ 1- Les grandes révolutions industrielles (L’industrie 4.0)
§ 2- Les différents types de procédés de fabrication (standards, additifs, soustractifs)
§ 3- Le principe des procédés additifs
ü 3.1-Conception assistée par ordinateur
ü 3.2-Détail de la chaine numérique pour la fabrication additive
§ 4- Principaux atouts de la fabrication additive
§ 5- Les différentes techniques de fabrication additive
§ 6- Les matériaux mis en œuvre par fabrication additive
§ 7- Les principaux secteurs concernés –exemples d’applications
§ 8- Les techniques de fabrication additive appliquées aux céramiques
ü 8.1- les principaux procédés
ü 8.2- Focus sur la technique de robocasting
ü 8.3- Focus sur la technique de stéréolithographie
ü 8.4- Focus sur la technique d’impression jet d’encre
§ 9- Conclusions – perspectives
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Cette Unité d’Enseignement vise à présenter un état de l’art des différentes techniques de fabrication additive, en mettant en avant les spécificités de chacune d’entre elles, à savoir le principe, les mécanismes physico-chimiques correspondants, la formulation des "encres" ou des "pâtes" céramiques associées, la définition des pièces obtenues, la vitesse de fabrication,... en illustrant chacune des techniques par des exemples de pièces réalisées pour différentes applications. Par ailleurs, cette revue sera complétée par des focus sur des techniques présentes au laboratoire IRCER avec les différents développements associés.
Description
Contenu : Introduction
- Présentation des principes de la chimie verte
- Définition d’un écomatériau, du recyclage, de la valorisation
- Notion de cycle de vie
- Contextes règlementaire et économique : est-ce un frein ou une opportunité pour le développement de la filière ?
Exemples d’écomatériaux dans le domaine de la construction (AS)
- Recyclage et valorisation dans l’industrie cimentaire
- Développement de terre crue à partir d’additifs biosourcés
- Fabrication de plaques de plâtre qui améliorent le confort acoustique des usagers
Les géopolymères
- Définition et matières premières utilisées
o Les silicates et aluminosilicates et leur structure
o Les solutions silicatées alcalines : rôle de leur composition (Si/M, eau, fabrication)
- Les mécanismes réactionnels de formation et les structures résultantes
o Les réactions de géopolymérisation (RMN, Raman, IRTF)
o Contrôle du taux de porosité et microstructure
- Champs d’applications et recyclage
Langue
Français
Objectif
Ecomatériaux et valorisation des déchets sont des concepts d’actualité. Au-delà de la faisabilité technique se posent des questions économiques et réglementaires. Ce cours a pour objectif de sensibiliser les étudiants à ces différents volets. A partir de quelques exemples, des solutions scientifiques et techniques en cours de développement seront présentées.
Description
Contenu:
- Synthèse de nanopoudres d’oxydes à partir d’émulsions
1. Formulation et formation des émulsions
2. Stabilité des émulsions, adsorption aux interfaces
3. Les émulsions de Pickering
4. Synthèse de particules hybrides, élaboration de matériaux poreux
- Synthèse de nanopoudres non-oxydes à partir de précurseurs organométalliques
1. Chimie des précurseurs
2. Synthèse des nanopoudres par spray pyrolyse
3. Modulation de la qualité des poudres par contrôle des paramètres de synthèse
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Les objectifs principaux de cette unité d’Enseignement sont d’appréhender des méthodes de synthèse originales de nanopoudres céramiques, de présenter l’approche du contrôle de la chimie et de la forme des réactifs sur la composition chimique, la structure et la morphologie des matériaux. L’application de ces matériaux sera illustrée par différents procédés de mises en forme.
Bibliographie
Références
- Emulsion Formation and Stability, edited by T.F. Tadros, WILEY-VCH
- Liquides Solutions, dispersion, émulsions, gels, B. Cabane, S. Hénon, Belin
- Influence of the electrostatic interactions in a Pickering emulsion polymerization for the synthesis of silica–polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 448, 15 June 2015, 306-314
- Processing alumina spheres by a colloidal route using silica-polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 37, 16, 2017, 5149-5156
- P. Colombo, G. Mera, R. Riedel, and G. D. Sorarù, “Polymer?Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics,” Journal of the AmericanCeramic Society, vol. 93, no. 7, pp. 1805–1837, Jul. 2010.
- V. Salles, S. Foucaud, P. Goursat, and E. Champion, “Synthesis under NH3 and thermal behaviour of SiCNAlO polymer-derived nanopowders,” J. Eur. Ceram. Soc., vol. 28, no. 6, pp. 1259–1266, 2008.
Description
Contenu :
Matière première pour la projection thermique :
- Poudres (techniques de préparation, caractérisations, distributeurs de poudres) ;
-
Suspensions (formulation, caractérisation, distributeurs) ;
Solution (formulation, caractérisation, distributeurs).
* Injection de matière première dans un plasma ou une flamme – analyse théorique et aspects pratiques (géométries, types d’injecteurs)
-
Phénomènes d’interaction entre plasma ou flamme et la matière première :
Physiques et notamment hydrodynamique et thermique
Chimique (pour la projection de solutions)
* Formation de dépôts à partir de particules fondues et leurs microstructures
- Phénomène d’impact de :
- Particules solides (vitesse critique et déformation plastique)
- Particules liquides (solidification, influence du matériau de substrate et sa surface, température, mouillabilité…)
- Présentation des techniques de diagnostics (pyrométrie en vol, vélocimétrie, étude de la fragmentation)
Langue
Français
Objectif
Le but de ce module est de se concentrer sur le comportement en vol et sur le substrat des particules lors de la projection thermique de matière première solide (poudres) et liquide (suspension et solutions). Une analyse du procédé de la projection et les particularités des dépôts obtenus (microstructure) sera également abordée.
Prérequis
Compétences acquises : connaître les éléments fondamentaux régissant l’interaction laser-matière et les procédés associés
Description
Contenu :
Les Lasers
- Principes physiques fondamentaux (mécanismes - milieu actif - pompage / inversion de population / résonateur) - Les Lasers continus, Nano- Pico- femto- seconde.
-
Les lasers types pour l’élaboration de films minces (Laser à excimères, Laser YAG …)
Interaction laser-matière : transferts thermiques et de matière
- Interaction photothermique (à basse fluence)
- Interaction photochimique - application PLD
- Couche de Knudsen
- Expansion monodimensionnelle 1D
-
Expansion tridimentionnelle sous vide / sous atmosphère contrôlée
Procédés associés, synthèse et structuration
- Pulsed Laser Deposition (PLD), Laser Induced Forward Transfer (LIFT), Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE)
- Etudes Analytiques, Matrix-assisted Laser Deposition Ionization (MALDI), Laser Induced Breakdown spectroscopy (LIBS)
- Structuration laser, Cristallisation/Amorphisation, Thermo-magnetic patterning (TMP), LIPPS et ripples
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Cette UE s’inscrit dans une démarche d’initiation à la recherche. Elle vise à donner un état de l’art sur les procédés laser pour le ‘travail’ des matériaux à l’échelle micro et nanométrique en définissant les notions essentielles de la source (le laser et ses principes fondamentaux), des mécanismes d’interaction laser-matière. et des procédés d’élaboration de films minces et de nanoparticules.
Description
Contenu :
La liaison céramique/métal
- Les types de liaisons et les matériaux assemblés
- Technologies et mécanismes de formation des liaisons céramique/métal : métallisation des céramiques, brasage, thermocompression.
- Exemples d’application aux revêtements plasma : caractérisation mécanique et étude des interfaces, rôle de la préoxydation des substrats métalliques.
Rappels de réactivité
- Notions de réaction élémentaire et d’étape limitante / Détermination expérimentale de vitesses de réaction
- Réactivité solide/ gaz et solide liquides
Eléments de modélisation
- Méthode des éléments finis pour la modélisation des propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Cette unité d’enseignement et de recherche a pour objectif d’aborder les principes physico-chimiques fondamentaux qui gouvernent les mécanismes de formation des jonctions céramique/métal. A partir de ces notions de base, les différentes technologies et mécanismes associées de réalisation d’assemblages céramique/métal seront abordées en montrant le lien entre les propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés et la qualité de liaison céramique métal. Ce cours traitera également des notions concernant quelques éléments de modélisation numérique associés aux propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal.
Description
Contenu :
- Présentation des principaux types de désordres rencontrés dans les structures cristallines (1ère et 2nd espèce), des phénomènes d’apériodicité (structures modulées, quasi-cristaux) et de l’état amorphe.
- Définitions de la structure moyenne, de l’ordre local, des ordres à moyenne et à longue distances.
- Principe de la caractérisation de l’ordre local et de l’ordre à moyenne distance à l’aide de la méthode de la fonction de distribution de paires atomiques (PDF).
- Obtention expérimentale des PDF par diffusion totale des rayons X ou des neutrons.
- Apports des méthodes de simulation à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo inverse) et ab-initio à la détermination des structures complexes.
- Analyse de cas : désordre local dans les canaux de conduction ionique de composés à base de silicate de lanthane (électrolyte pour SOFC), structure de nanoparticules d’oxydes métalliques de dimension inférieure à 5 nm, structure de composés métastables de type « anti-verres », ordre local et topologie de réseau dans les verres à base d’oxyde de tellure (propriétés ONL).
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Les structures des matériaux fonctionnels présentent souvent des écarts par rapport à l’ordre atomique idéal (caractérisé par une périodicité tridimensionnelle parfaite), intimement liés aux propriétés physiques. Parmi la grande diversité de structures s’écartant de la périodicité, on trouve celles dont l’ordre local est mal décrit par une structure moyenne (lorsque celle-ci peut être définie). Ces structures complexes, fréquentes parmi les oxydes métalliques, donnent typiquement lieu à de la diffusion diffuse sur le diagramme de diffraction. Leur étude nécessite des méthodes cristallographiques non conventionnelles, telles que la méthode des fonctions de distribution de paires atomiques (PDF). Cette UE porte sur ces structures complexes, leur description et leurs moyens modernes d’étude. Le cours sera illustré par des travaux de recherche récents reportés dans la littérature et effectués à l’IRCER.
Description
Contenu :
L’enseignement proposé au sein de ce module sera développé en deux parties de tailles inégales précédées d’une introduction générale qui permettra aux étudiants de comprendre en quoi le fait de présenter une, ou des, dimensions nanométriques peut profondément modifier les propriétés physiques intrinsèques. La première partie du module sera ensuite consacrée à la présentation d’une stratégie de synthèse en solution de particules de quelques nanomètres. Il s’agira de rappeler les connaissances de chimie en solution, notamment sur la réactivité et la polymérisation des précurseurs, afin de montrer comment la nature des précurseurs, le choix du solvant et des réactions chimiques spécifiques qui entrent en jeu offrent réellement un contrôle de la nature cristalline et de la taille de ces particules. La seconde partie du cours concernera l’étude des processus d’auto-organisation d’assemblée d’entités nanométriques. Après un rappel sur des considérations générales de thermodynamique, les processus de séparation de phase contrôlés seront présentés de façon formel. La mise en œuvre de ces processus sera illustrée par des exemples de nanostructures élaborées par auto-organisation développées en volume (décomposition spinodale dans des amorphes) ou sur une surface (auto-organisation de surfaces vicinales). Les exemples présentés pour illustrer chacune des deux parties seront issus notamment de travaux réalisés récemment au sein du laboratoire IRCER.
Objectif
Objectif:
A l’échelle nanométrique, les propriétés physiques qu’elles soient électroniques, optiques, magnétiques ou mécaniques sont modifiées par rapport à celles du cristal infini. On parle de « nanostructures » et celles-ci sont à la base de très nombreux dispositifs actifs constituant les objets connectés qui font notre quotidien et de certaines microstructures observées dans les matériaux céramiques. L’objet de ce module est, dans ce contexte, de sensibiliser les étudiants aux travaux de recherche actuels en science des matériaux dans ce domaine. Nous discuterons tout d’abord de la synthèse de nanoparticules qui concernera ici des dimensions de quelques nanomètres puis de l’organisation interparticulaire ou les distances considérées sont souvent de quelques dizaines de nanomètres et l’on parle alors d’échelle mésoscopique.
Description
Content:
• The biomaterials and their uses in the medical field
Specific criteria and standards for biological applications, main families of biomaterials and their applications (metals, polymers and ceramics)
• An Introduction to the biological behaviour of implantable materials
Bone mineralization, interactions between materials and the living tissues
• Elaboration processes and properties of ceramic biomaterials
Inert (alumina, alumina-zirconia composites), active and resorbable (calcium phosphate) bioceramics:
-synthesis of specific powders,
-
shaping of porous parts, 3D scaffolds and personalized devices using additive manufacturing technologies,
-
sintering of ceramic parts or scaffolds,
- mechanical and biological properties of bioceramics (influence of the architectural and chemical designs)
Langue
Français
Objectif
Goal:
Acquire knowledge on:
-
the ceramic materials used in medical applications (implantable medical devices)
-
the biological behaviour of these ceramic biomaterials,
-
the production processes, from the synthesis of powders to the implantable ceramic parts.
- the current trends and researches in the field of ceramics for bone tissue engineering
Bibliographie
Reference:
“Advances in Ceramic Biomaterials: Materials, Devices and Challenges”, Woodhead publishing series in Biomaterials, Editors P. Palmero, F. Cambier, E. De Barra. Elsevier ltd, 2017. ISBN: 978-0-08-100881-2 (print); ISBN: 978-0-08-100882-9 (online).
Description
Contenu :
Le contenu de cette UE sera découpé en plusieurs items complémentaires :
a) Bases en physico-chimie du frittage naturel : forces motrices, bilan énergétique, lois cinétiques, phénomènes de grossissement granulaire, rôle des paramètres expérimentaux ;
b) Mécanismes et lois analytiques du frittage assisté par une contrainte mécanique, un courant et/ou un champ électrique ;
c) Détermination expérimentale (instrumentation, métrologie spécifique) des champs de température, des distributions de densité de courant et des contraintes mécaniques dans une enceinte de frittage non conventionnel, mise en évidence de gradients thermiques ;
d) Corrélations avec la simulation numérique (potentialités et limites), description des lois fondamentales utilisées ;
e) Etude de cas, applications à des systèmes céramiques voire métalliques et à l’optimisation d’un cycle de frittage « flash ».
Langue
Français
Objectif
Objectif :
L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques sur le frittage et notamment sur les procédés de frittage « flash » ou non conventionnels (e.g. Spark Plasma Sintering). En effet, ces méthodes de frittage sont connues pour favoriser la densification et, par voie de conséquence, limiter la croissance granulaire. Cette UE est focalisée sur une approche multi-échelle du procédé de frittage « flash » (de l’échelle de l’atome à celle de la pièce) et couple donc des aspects cinétiques (e.g. phénomènes de transport de matière) et thermo-physiques (e.g. distribution des champs de température, de contraintes, de densité de courant). Cette UE permettra de montrer l’intérêt de combiner des approches analytique et numérique pour mieux appréhender les mécanismes de frittage et mieux maîtriser le procédé « flash ».
Description
Contenu :
Cette UER comporte deux parties.
1- Verres et vitrocéramiques pour l’ONL
Equation de polarisation de la lumière dans les matériaux, matériaux à X2 et X3 exacerbés, relations structure-propriétés, verres pour l’ONL, etc…
2- Céramiques polycristallines transparentes
Présentation des différents types de céramiques transparentes, notion de transparence optique des céramiques polycristallines, relations microstructure-propriétés, propriétés en conditions d’utilisation. Focus sur les céramiques de YAG à applications Laser.
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Cette UE vise à présenter les relations entre structure, microstructure et propriétés optiques des matériaux fonctionnels vitreux et cristallins (monocristaux et céramiques polycristallines). Sur la base de l’équation de polarisation de la lumière traversant un matériau, l’influence des différentes contributions linéaires et non-linéaires sur les propriétés optiques seront tout d’abord présentées. Ensuite, l’influence de défauts pouvant altérer les propriétés optiques linéaires des matériaux par des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière seront détaillées. Les propriétés fonctionnelles de différents matériaux pour l’optique seront finalement discutées au travers d’exemples (verres de tellure, céramiques transparentes pour lasers, blindage, lentilles, etc.).
Description
Contenu:
Un premier volet consiste à comprendre le principe de l'analyse microstructurale et nanostructurale. Ce thème sera particulièrement développé dans le cadre :
· de l’enseignement de microscopie en champ proche (Atomic Force Microscopy), qui permet de caractériser des objets nanométriques déposés sur une surface solide ou des nanostructures complexes. Par des exemples, ce cours de 7h30 montre comment acquérir simultanément plusieurs types de cartographies correspondant à différentes propriétés physiques voire physico-chimiques locales de la surface.
· de la Microscopie Electronique Conventionnelle en Transmission in situ et ex-situ afin de comprendre les processus de transition de phase opérant dans les céramiques fonctionnelles de type pérovskite ferroélectriques. Dans ce cours de 6h00, une première partie portera sur l’origine structurale des propriétés ferroélectriques et discutera des conséquences des déplacements cationiques coopératifs sur la symétrie des réseaux polyédriques d’octaèdres avant d’en comprendre la signature dans les diagrammes de diffraction des électrons. Ces données seront ensuite exploitées pour en déduire les mécanismes mis en jeu lors de transition de phase dans le composé ferroélectriques Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT).
· de la Diffraction des Rayons X (DRX) sur échantillons polycristallins sur la base de l’étude des principales causes d'élargissement des raies (effet de taille, effet de microdéformations, effet de l'instrument). Ce cours de 4h30 aborde la détermination de la fonction de résolution instrumentale et fais un focus sur la relation de Scherrer en abordant la définition de la taille apparente des domaines cohérents et reconsidère les principales causes des distorsions réticulaires, relation microdéformations apparentes / largeur de raie. Le problème et les méthodes simples de séparation des effets de taille et de microdéformations. Un second focus sur les tracés de Williamson-Hall aborde la méthode de la fonction de Voigt et considère les autres causes d'élargissement (fautes d'empilement, micro-maclage, paroi d'antiphases, variation de compositions...)"
Le second volet est dédié à l’étude structurale. Ce thème sera particulièrement développé autour :
· De la microscopie électronique en transmission haute résolution et notamment dans le cadre de l’étude de structures à ‘longues périodes’. Ce cours de 10h30 reprend les bases de la construction et de la description de structures complexes commensurables ou incommensurables et se propose ensuite d’étudier plus en détail le cas de séries polymorphiques de type pérovskites diélectriques et ferroélectriques au moyen de la diffraction des électrons et de l’imagerie haute résolution. Cet enseignement propose un approfondissement des connaissances de base dans le domaine de la microscopie haute résolution et aborde l’interprétation des résultats sur la base de simulation d’imagerie.
· Dans le cas de la spectroscopie Raman, l’objectif de cet enseignement sera de montrer aux étudiants comment relier les principales caractéristiques des spectres à des éléments structuraux à l’échelle locale. Cette unité d’enseignement de 7h30 présente de manière concise les concepts théoriques des principales techniques utilisées pour caractériser la structure et la microstructure des matériaux. Au travers d’exemples, les étudiants apprendront à reconnaitre les signatures Raman des caractéristiques structurales à l’échelle locale de différents formateurs de réseau.
Langue
Français
Objectif
Objectif :
Cette unité d’enseignement regroupe des enseignements sur des techniques de caractérisation complémentaires visant à apporter des informations à la fois structurales et microstructurales sur les céramiques - Diffraction de Rayons X (DRX), Microscopie électronique à transmission (MET), Microscopie à Force Atomique (AFM) et Spectroscopie Raman. Pour chacune d’elle un focus scientifique sera proposé pour illustrer une ou deux applications ciblées.
· A la suite de cette unité d’enseignement, l’étudiant aura acquis les connaissances théoriques et pratiques de base pour les différentes techniques étudiées. Ce cours a également pour vocation à procurer les outils nécessaires pour aborder la littérature scientifique internationale.
· Cet enseignement illustre aussi, au travers d’exemples issus de travaux de recherche récents menés à l’IRCER l’intérêt de chacune d’entre elles pour réaliser une telle caractérisation, ceci afin de permettre aux étudiants de choisir la ou les techniques les plus adaptées aux besoins de leurs futures activités de recherche.
Description
Contenu de l’UE :
Différentes techniques seront exposées et illustrées par quelques exemples montrant leurs domaines d’applications. L’enseignement compte quatre parties :
- La première est consacrée à des simulations à l’échelle atomique ou moléculaire (dynamique moléculaire) et à l’échelle de fines particules (dynamique brownienne). Ces simulations permettent de prédire la structuration de la matière, en fonction des éléments qui la composent, et certaines propriétés qui en découlent. Ces techniques seront illustrées par des exemples concrets d’application : simulations des structures atomiques et colloïdales.
- La seconde partie est dédiée aux calculs ab initio (échelle subatomique) fondés sur les principes de la chimie quantiques notamment dans le cadre de la théorie de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Ces calculs, à vocation de plus en plus prédictive, permettent entre autres d’épauler les techniques de caractérisation en apportant des informations complémentaires (informations d’ordre local, propriétés en conditions extrêmes, etc.) à la fois sur les solides mais également sur des objets plus petits tels que les nanomatériaux. La technique sera illustrée par des exemples concrets d’application.
- Le troisième volet comportera une initiation au langage Python – Modélisation du comportement thermomécanique d'une microstructure simplifiée avec la méthode DEM.
- La quatrième partie sera dédiée à une initiation à la résolution des équations aux dérivées partielles dans le domaine de la thermique et mécanique des fluides par les méthodes des différences finies et volumes finies. Les thèmes suivant seront abordés :
o Les équations de conservation de la chaleur et de la mécanique des fluides (diffusion/convection) et les différents types de conditions aux limites ;
o Présentation de la méthode des différences finies et des volumes finis (discrétisation en espace et en temps, ordre des schémas, conditions de stabilité, relaxation, gestion des non-linéarités …) sur des exemples simples et mise en forme des systèmes matriciels à résoudre ;
o Critères de qualité des maillages.
Langue
Français
Objectif
Objectif de cette unité d’enseignement :
Cette unité d’enseignement permet d’acquérir une formation de base dans le domaine de la simulation numérique des matériaux. Cette dernière est de plus en plus utilisée dans le domaine de la recherche scientifique ainsi qu’en ingénierie. Les différentes techniques de simulation se sont imposées comme de véritables expériences permettant l’étude de : la structure de la matière, ses diverses propriétés, le comportent des matériaux sous conditions extrêmes ... etc. L’objectif de cet enseignement est d’initier les étudiants à quelques techniques de simulations à différentes échelles.
Description
Contenu de l’UE :
COUCHES :
a) Procédés de projection thermique (12h)
Notions nécessaires pour comprendre l’origine physique des propriétés de l’écoulement obtenues dans les différents procédés, notamment les notions de combustion, de plasma, d’arc, d’explosion, de mécanique des fluides. Dans ce module chacun des procédés de projection thermique sera présenté en s’attachant plus particulièrement à la source de l’écoulement (température et vitesse de l’écoulement) et aux méthodes de diagnostics permettant de les caractériser. Les procédés suivants seront étudiés : Flamme (poudre, fil et baguette), Canon à détonation, HVOF, HVAF - Plasma, Arc Fil - Cold Spray.
b) Procédés en phase vapeur (6h)
Présentation des processus de croissance hétérogène d’une couche mince : Frank- van der Merwe (en couches), Volmer-Weber (en îlots), Stranski-Krastanov (mixtes)
Mécanismes de nucléation : nucléation homogène en phase gazeuse : approche thermodynamique - approche cinétique – grossissement par accrétion de monomères / par agrégation nanoparticulaire, modèle de collisions : application à la génération de nanoparticules par voie gazeuse.
MASSIFS :
a) Procédés de mise en forme de pièces massives (7,5h)
Présentation des différentes voies de mise en forme des céramiques massives : voie plastique, voie liquide, voie solide. Mise en œuvre des poudres : formulation des suspensions et pâtes céramiques, procédés de granulation. Focus sur les procédés de mise en forme par coulage sous pression, coulage en bande et coulage-gélification. Outils de suivi des caractéristiques microstructurales de la pièce crue à la pièce frittée. Influence du procédé de mise en forme sur les propriétés d’usage après frittage.
b) Procédés de frittage (7,5h)
Rappels les forces motrices du frittage naturel.
Présentation d’une part, des paramètres technologiques clés du frittage naturel en phase solide de céramiques massives et, d’autre part, des méthodes de caractérisation associées.
Méthodes de frittage non conventionnelles (bref historique, potentialités, applications, limites actuelles) : i) procédé de frittage assisté par un courant et/ou un champ électrique (ex. : SPS) ; ii) procédé micro-onde ; iii) procédé de frittage assisté par une pression de gaz (Gas Pressure Sintering, Hot Isostatic Pressing).
Focus sur la combinaison de plusieurs procédés de frittage pour le contrôle des microstructures et le taux de densification de céramiques de haute technologie (ex. : frittage naturel et post-traitement HIP).
Langue
Français
Objectif
Objectif de cette unité d’enseignement :
L’objectif de cette UE est la mise en place des notions générales relatives aux procédés d’élaboration des matériaux aussi bien en couches que massifs. Ces notions générales seront notamment focalisées dans le cadre des matériaux en couches sur les propriétés de l’écoulement permettant de traiter les particules en vol et sur les mécanismes physiques de nucléation/croissance de matériaux en vol et en couches à partir d’une phase vapeur. Et dans le cadre des matériaux massifs, il sera présenté le cas de la mise en forme de pièces massives en céramiques et les différents procédés de frittage
Description
Préparation au CLES (Certification de compétences en Langues de l’Enseignement supérieur) Anglais niveau 2
Langue
Anglais
Objectif
L'objectif principal sera avant tout la préparation au CLES (Certification de compétences en Langues de l’Enseignement supérieur) Anglais niveau 2
Description
Contenu :
Le contenu de cette UE sera découpé en respectant tant que possible la chronologie du cycle du combustible et de son retraitement :
a) Bases de la chimie de l’uranium, des radionucléides : historique, radioactivité, abondance isotopique, états de valence, diagramme de Pourbaix (+ conf. AREVA) ;
b) Hygiène et Sécurité, radioprotection (+ conf. IRSN-CEA) ;
c) Principales filières de réacteurs, choix stratégiques, accidents graves, présentation des filières de démantèlement (+ conf. AREVA) ;
d) Mise en forme, frittage des céramiques nucléaires, stabilité thermochimique, choix et élaboration des matériaux de modération ;
e) Comportement physico-chimique des matériaux nucléaires et tenue mécanique ;
f) Confinement des déchets : élaboration de nouvelles matrices et déploiement de nouveaux procédés rôle et missions du laboratoire de Bure (+ conf. AREVA).
Langue
Français
Objectif
Objectif :
L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques d’une part, sur tout le cycle de fabrication du combustible nucléaire et, d’autre part, sur les procédés de confinement ou de recyclage des combustibles usagés. Cette UE permettra de sensibiliser les étudiants de la FST et les élèves-ingénieurs de l’ENSIL-ENSCI aux procédés de fabrication des combustibles céramiques du futur et aux nouvelles filières de réacteurs nucléaires. Enfin, les étudiants et élèves ingénieurs seront sensibilisés aux règles d’hygiène et sécurité en vigueur ainsi qu’aux dispositifs de radioprotection qui concernent le secteur nucléaire.
Description
Contenu :
Les thèmes abordés dans cette UE sont donc liés aux matériaux actuellement employés dans les domaines de l’Energie et des TIC.
Matériaux pour l’Energie :
Matériaux pour les TIC :
-
Verres et fibres optiques
-
Diélectriques, pyroélectriques, piézoélectriques, ferroélectriques
- Micro-fabrication de dispositifs
Langue
Français
Objectif
Objectif:
Cette UE dispensera à l’étudiant de Master d’importants savoirs théoriques et pratiques sur les matériaux utilisés dans les domaines de l'Energie et des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC).
Egalement, un des objectifs principaux sera que l’étudiant puisse avoir une idée concrète des enjeux socio-économiques actuels et des problématiques touchant à l'Energie et aux TIC.
Description
Contenu :
a) **Matériaux à structure lamellaire (6h)**
Présentation des problématiques rencontrées dans le cas de la protection des matériaux vis-à-vis de contraintes chimiques, thermiques, mécaniques et biologiques. Focalisation sur le cas de la projection thermique. Origine des propriétés du dépôt. Choix du procédé de projection en fonction des propriétés d’usage. Etapes nécessaires pour obtenir les propriétés souhaitées. Applications des dépôts à structures lamellaires.
b) **Matériaux nanostructurés (9h)**
Présentation des problématiques rencontrées dans le cas d’applications mécaniques et optoélectroniques. Focalisation sur les procédés d’élaboration de couches minces : PECVD, PVD et ablation par laser. Potentialités de ces procédés pour la réalisation de couches minces dopées, de multicouches, de nanocomposites. Origine des propriétés du dépôt et corrélation procédé – matériau – croissance ip/oop.
c) Matériaux composites (6h C + 1,5TD)
Présentation des matériaux non?oxydes et leurs applications potentielles. Céramiques thermomécaniques : approche « composite » (comportement mécanique et renforcement). Les différents types de renfort et matrice : élaboration de fibres SiC à partir de précurseurs organométalliques. Présentation des différents procédés d’élaboration de la matrice céramique : voie gazeuse (Chemical Vapor Infiltration (CVI)), voie liquide (Imprégnation), voie solide (compression/frittage).
d) Matériaux à gradients de propriétés (6h C + 1,5TD)
Présentation des domaines d’applications de haute technologie (e.g. lasers, barrières thermiques, céramiques thermo-structurales) nécessitant le développement d’architectures spécifiques et, plus précisément, comportant des gradients de propriétés. Choix des procédés et des démarches expérimentales permettant d’atteindre ces architectures et s’appuyant sur une mise en forme par voie solide ou liquide et sur une étape de (co-)frittage. Etude des relations microstructures/architectures/propriétés (mécaniques, optiques) notamment pour des matériaux à gradients de composition et/ou à gradient de porosité.
Langue
Français
Objectif
Objectif:
L’objectif de l’UE est de présenter les grandes classes d’architectures de matériaux à travers les applications visées. L’accent sera mis sur les corrélations procédés/architectures/propriétés des matériaux élaborés.
Description
Contenu : cette unité d’enseignement comporte des cours, des travaux pratiques et des conférences.
Cours : le cours est composé de deux parties.
Partie 1 - Chimie organique et applications aux céramiques non oxydes :
- bases de chimie organiques : les grandes fonctions, notion d'encombrement stérique, tensio-actif, réactions usuelles, chimie click, notion de RMN ;
- application aux céramiques non-oxydes : mise au point de polymères précéramiques.
Partie 2 - Chimie de surface et application aux biomatériaux :
- chimie de surface des céramiques, liaisons et interactions organique/inorganique ;
- les modèles d'adsorption (Langmuir, Freundlich) ;
- applications à la fonctionnalisation des biocéramiques et méthodes de caractérisations associées.
Travaux pratiques : une séance de travaux pratiques portera sur publication scientifique. Il s’agira d’en restituer du contenu sous forme de présentation ou de poster.
Conférences : le cours sera également complété par des conférences (1h-1h30) afin d’illustrer cette approche par les différentes thématiques développées au laboratoire (interventions de 3 à 4 membres du laboratoire IRCER). Les interventions prévues pour 2018-2019 sont :
-« In-situ surfactant-controlled synthesis and/or post-functionnalization of metal oxide nanoparticles via non-aqueous sol-gel processing »
- « Colloïdes fonctionnels et particules Janus »
- « Interactions entre les substances humiques et les argiles : application à la consolidation sans cuisson »
- « La fonctionnalisation de silice mésoporeuse pour des applications de type biocapteurs réalisés par impression jet d’encre à des fins de diagnostic et de thérapie de cancers précoces »
Langue
Français
Objectif
Objectif : l’objectif principale de cette unité d’enseignement est de mettre en avant le développement des matériaux hybrides organiques/inorganiques et l’intérêt qu’ils présentent pour la modification des propriétés de surfaces des céramiques et l’élaboration de céramiques hautes performances. Cette unité d’enseignement vise à initier les étudiants à la fonctionnalisation des céramiques oxydes et non oxydes.
