Aller au contenu Aller au menu

Description illustration de l'article

MU4CI601

Chimie des Matériaux

 

Mots clés : Synthèse macromoléculaire :  anionique, cationique radicalaire libre et polycondensation. Copolymères. Cations en solution, condensation, préciptation. Métaux et alliages métalliques. Nucléation, Croissance

Responsable

Olivier Durupthy, Maître de conférences, Chimie de la Matière Condensée de Paris,Sorbonne Université
Philippe Guégan, Professeur, Institut Parisien de Chimie Moléculaire, Sorbonne Université

ECTS

Cours

TD

TP

Tutorat

Ecrit

CC

TP

Oral

Eval. répartie

6

Pol.    12h
Inorg. 14h

12h
10h

4h
8h

-
-

80

-

20

-

oui

Descriptif de l’UE

Le fil rouge de cette UE est de comprendre, justifier et rationaliser les stratégies de synthèse des matériaux polymères ou inorganiques (oxyde ou métallique).
Nous abordons les grandes méthodes d'élaboration des polymères à l'aide d'exemples industriels permettant de les relier à des applications pratiques : Polymérisations et copolymérisations (condensation, radicalaire, anionique, cationique et par coordination), contrôle des polymérisations (masses molaires et architectures), relations générales structure–propriétés.
La formation des solides inorganiques est abordée depuis la chimie des cations en solution jusqu’à la précipitation de poudre compacte ou poreuse. Nous décrivons les étapes de nucléation et de croissance des phases cristallines à l’équilibre thermodynamique ainsi que les effets cinétiques à l’origine de la microstructure pour les oxydes, les métaux et les alliages.

Objectifs d’apprentissage

À l'issue du cours, l’étudiant devra être capable :

  • d'associer une/des méthodes de polymérisation à un monomère, un polymère ou une architecture macromoléculaire donnéset de prévoir les caractéristiques principales des polymères et copolymères obtenus,
  • d’identifier les paramètres de synthèse qui contrôlent la réactivité des cations en solution et la précipitation des oxydes et hydroxydes métalliques,
  • d’utiliser les diagrammes de phases pour prédire la structure du matériau à l’équilibre,
  • de comprendre l’origine de la microstructure des matériaux,

Cela constitue les bases méthodologiques de la chimie des matériaux organiques et inorganiques indispensable aux UE du M1S2 et du M2 de la spécialité Matériaux.

PrErequis

En chimie inorganique l’étudiant :

  • maîtrise les concepts de cristallographie, théorie du champ cristallin, cinétique chimique et complexation en solution.
  • lit et utilise des diagrammes binaires solide-liquides établis.
  • Exploite des diffractogrammes de rayons X pour l’analyse structurale

En chimie des polymères

  • Maitrise les outils de base en cinétique chimique et en synthèse organique
  • Lit et utilise des spectres RMN 1H
  • Maitrise la notion de masse molaire moyenne et les notions de polymérisation.

Langue(1)

Cours, TD, TP : Cours en Français,

Documents

Bibliographie

 

TD en Français sauf 1 groupe Anglais, Idem TP

Anglais, Français

Anglais, Français

(1) D’une manière générale, les documents de cours sont à rédiger en anglais. Les sujets d’examen sont en anglais ou accompagnés d’une explication en anglais s’il y a des étudiants non francophones.

Fonctionnement de l’UE

Cette partie n’est pas limitée en longueur. Elle sera reprise pour le site web sous forme de fichier pdf.

Cette partie pourrait détailler d’un coté le contenu abordé, par exemple sous forme d’un plan de cours, et de l’autre coté les méthodes pédagogiques employées. On pourrait aussi préciser le partage de l’UE entre différents enseignants, donner un calendrier ou dresser une liste de livres ou de ressources complémentaires.

 

ThEmes abordEs

Synthèse des polymères (14h de cours, enseignant 1) :
- Polymérisations radicalaires, anioniques et cationiques : Chimie des étapes d’amorçage, de propagation, de transfert et de terminaison. Aspects cinétiques et thermodynamiques.
- Introduction à la polymérisation par coordination (Ziegler-Natta).
- Polycondensations et polyadditions : Chimie utilisée et applications industrielles. Relations conversion-masses molaires moyennes dans les cas simples. Cinétique. Point de gel et réticulation, polymères thermodurcissables.
- Copolymérisation et rapports de réactivité.
- Construction d’architectures macromoléculaires : Copolymères statistiques, copolymères à blocs, polymères hyperramifiés, polymères réticulés.
- Exemples industriels.
Synthèse des oxydes denses et poreux (10h de cours, enseignant 2) :
- Complexation des cations en solutions aqueuse et réactivité des complexes,
- Mécanisme de condensation, quelques exemples de polyanions et polycations,
- Précipitation de poudre par nucléation et croissance en solution,
- Description des matériaux poreux naturels et synthétiques : synthèses, structure et propriétés,
Les métaux et alliages (4h de cours, enseignant 3) :
- Description de la liaison métallique et des principales structures de métaux et alliages,
- Exploitation des diagrammes de phases binaires et ternaires,
- Germination-croissance et diffusion des éléments d’alliage,
- Origine et description de la microstructure.

 

MEthodes et outils pEdagogiques employEs

Pour la partie inorganique, toutes les notions de cours sont revues en en travaux dirigés avec des exemples concrets faisant intervenir des applications numériques et des interprétations d’observations expérimentales. Un retour rapide de l’état d’acquisition des connaissances du cours est réalisé en amphi par l’usage de quizz alors que la maîtrise des pré-requis est vérifiée par de l’auto-évaluation en ligne via l’ENT moodle. 
Les travaux pratiques comportent des aspects synthèse, caractérisation et description de matériaux au moyen d’outils informatiques de cristallographie. Des bases de données en ligne sont présentées.

Bibliographie Inorganique :

  • Introduction à la chimie du solide, L. SMART, E. MOORE, Masson, (original en anglais)
  • De la solution à l’oxyde, J.-P. Jolivet, EDP sciences (existe une traduction en anglais)
  • Handbook of clay science, F. Bergaya, G. Lagaly (seulement en anglais)

Bibliographie Polymère :

  • Chimie et physico-chimie des polymères, M. Fontanille et Y. Gnanou, eds Dunod (Français)
Introduction to Polymers R.J. Lowel and P.A. Lowell eds CRC Press; Taylor &Francis Group (English)