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Description illustration de l'article Responsable de l’UE :  Anouk Galtayries, Maître de Conférence ENSCP.

1. Descriptif de l’UE

Volumes horaires globaux : CM 32 h, TD 8 h, TP 8 h, Tutorat
Nombre de crédits de l’UE : 6 ECTS
Barème total/100 : Ecrits / 30, oraux / 70,

 

2. PrÉsentation pÉdagogique de l’UE

 

Description de l’UE

Ce module comprend trois parties : des rappels ou des fondamentaux sur les surfaces, des descriptions poussées de techniques de caractérisation expérimentales et de modélisation des surfaces, placées dans le contexte de leurs applications. Les outils les plus courants de caractérisation et de modélisation des surfaces par microscopie, spectroscopie et spectrométrie (STM, AFM, LEED, XPS, ToF-SIMS, …) et approche théorique (DFT), seront décrits, comparés et montrés dans différents domaines d’application des matériaux (énergie, catalyse, biomatériaux, corrosion microélectronique, aéronautique, écologie …). Ce module doit permettre d’acquérir un ensemble complet de connaissances pour appréhender la chimie des surfaces de matériaux. Tous les étudiants intéressés par les matériaux, leur réactivité, les procédés et/ou chimie analytique et théorique sont concernés par ce module.

 

Mots clÉs

Surfaces monocristallines, interfaces, propriétés structurales et électroniques, techniques expérimentales d’analyse des surfaces (principes et démonstrations sur appareils), modélisation (DFT), applications aux surfaces modèles et réelles (exemples et démonstrations).

 

Objectifs d’apprentissage

Les objectifs de ce module concernent la compréhension générale des propriétés des surfaces et des mécanismes atomiques intervenant dans la réactivité des surfaces. Ils concernent également la compréhension des principes et de certains aspects pratiques des principales techniques de caractérisation chimique des surfaces, telles que la spectroscopie de photoélectrons (XPS) et la spectrométrie ionique à temps de vol (ToF-SIMS), ainsi qu’une initiation poussée des techniques de modélisation ab initio de la réactivité des surfaces (approche périodique).
A la fin du module, les étudiants doivent pouvoir rapidement comprendre et critiquer, dans une publication scientifique, la démarche scientifique des auteurs et les moyens qu’ils se sont donnés pour appréhender une question de réactivité des surfaces. Ils doivent pouvoir discuter (justifier ou refuser), sur la base de leurs connaissances, d’autres approches réactionnelles proposées par l’examinateur.

 

ThÈmes abordÉs :

plan du cours

Définition et structures des surfaces
Adsorption sur des surfaces
Techniques d’analyse des surfaces : principes détaillés, comparaison entre plusieurs techniques électroniques, ioniques, vibrationnelles, spectroscopiques et/ou microscopiques.
Illustration par des applications à la résolution de problèmes liés à la réactivité des surfaces : surfaces réelles, surfaces modèles ou études de systèmes modèles.
Techniques ab initio de modélisation des surfaces :
Présentation des méthodes de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), des approches périodiques et de la thermodynamique atomistique dans la modélisation des surfaces et interfaces, ainsi que une introduction a au calcul de chemins réactionnels (calcul d’état de transition).
Illustrations : rôle de la modélisation dans la proposition de modèles innovants, réinterprétation de données expérimentales basées sur l’Infra-Rouge, la Résonance Magnétique Nucléaire ou la Spectroscopie de Photoélectrons induits par rayons X. Les index de réactivité dérivés d’une manière naturelle de la DFT ainsi que les méthodes d’étude de réactivité des surfaces vis-à-vis de diverses molécules seront présentées.

Particularité importante : séances de démonstrations sur équipement mi-lourd de laboratoire (XPS, ToF-SIMS, STM), et de pratique individuelle de la modélisation de surfaces par ordinateur.

 

Langue d’enseignement

  • langue dans laquelle sont faits les cours, les travaux dirigés, le TP, le tutorat : français
  • langue dans laquelle sont rédigés les documents de cours, les sujets de TD ou TP, les sujets d’examen : français et anglais (publications).
langue de la bibliographie fournie : anglais principalement, français possible