Fiches de cours

Matériaux: de la chimie aux propriétés

MSE-101(b)

Enseignant(s) :

Klok-Lermann Eva
Sorin Fabien

Langue:

Français

Résumé

Ce cours permet l'acquisition des notions essentielles relatives à la structure de la matière, aux équilibres et à la réactivité chimique en liaison avec les propriétés mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques et optiques des matériaux.

Contenu

Les principaux thèmes traités dans ce cours sont les suivants:

' Historique et aperçu des différentes fonctions attendues des matériaux: Les différentes classes de matériaux (métaux, céramiques, verres, polymères et élastomères) sont rapidement décrites dans leurs contextes historique et fonctionnel.

' Aspects atomistiques, liaisons chimiques et structure des matériaux: À partir des liaisons atomiques, nous voyons comment la matière s'organise à différents niveaux structurels : microstructure, grains, défauts.

' Propriétés mécaniques: Quelles que soient les applications envisagées, les matériaux doivent posséder certaines propriétés mécaniques. Après l'introduction des notions de déformations élastique et plastique, les propriétés des matériaux telles que résistance, ductilité, ténacité, dureté, fatigue, usure sont décrites.

' Propriétés thermiques des matériaux: La dilation des matériaux ainsi que leurs propriétés thermiques telles que conductibilité thermique, chaleur spécifique et chaleur latente de transformation sont présentées.

' Principes de la thermodynamique: énergie interne, enthalpie de transformation, enthalpie libre, grandeurs intensives et extensives.'

' Les réactions chimiques: les équilibres, les produits de solvatation, les réactions acide/base, calcul de pH, électrochimie: les réactions d'oxydo-réduction, les piles et l'électrolyse.'

' La cinétique chimique: vitesse de réaction, loi de vitesse, loi d'Arrhénius.

' Diagrammes de phases : La notion d'équilibre thermodynamique, et la compréhension de ce qu'est un diagramme de phase pour des composants unaires et binaires seront vus avec leur application aux matériaux.

' Propriétés électriques : classification des propriétés électriques des matériaux par l'intermédiaire des bandes d'énergie et du gap d'énergie. Etude des propriétés des conducteurs (métaux) par l'intermédiaire d'un modèle de Drude simplifié. Etude des diélectriques, origine de la polarisation, constante diélectrique relative et capacité. Exemples d'utilisation des propriétés électriques des matériaux.

' Propriétés magnétiques : notions de moment magnétique, de susceptibilité magnétique relative, et d'aimantation. Classification des propriétés magnétiques des matériaux : diamagnétisme, paramagnétisme et ferromagnétisme. Aimants doux et durs, cycles d'hystérèses. Exemple d'utilisation des propriétés magnétiques des matériaux.

' Propriétés optiques : lien entre énergie et longueur d'onde d'un photon. Propriétés optiques des métaux, céramiques et polymères en termes de réflexion, transmission et absorption. Indices de réfraction et loi de Beer-Lambert. 

Mots-clés

Matériaux : Microstructures, Propriétés, Applications, Transformations'Chimie: structure électronique des atomes, liaisons chimiques, thermodynamique, équilibres, acides et bases, oxydoréduction, cinétique chimique. Exemple d'utilisation des propriétés des matériaux (mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques et optiques).

Compétences requises

Cours prérequis obligatoires

Cours de physique et de chimie de la maturité ou équivalent. Cours de mathématiques de la maturité ou équivalent.

Cours prérequis indicatifs

Cours de physique et mathématiques du premier semestre de l'année propédeutique à l'EPFL.

Concepts importants à maîtriser

Lois élémentaires (niveau maturité) de la chimie et de la physique, mécanique, de l'électricité, de l'optique. Concepts mathématiques de la maturité ou équivalent.

Acquis de formation

A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:

Compétences transversales

Méthode d'enseignement

Ex cathedra/séances d'exercices; expériences et démonstration en cours

Travail attendu

Il est nécessaire pour réussir le cours de: (1) lire les pages indiquées dans le livre avant le cours ou regarder les vidéos recommandées; (2) assister au cours et prendre des notes complémentaires; (3) FAIRE LES EXERCICES et vérifier les solutions obtenues avec le corrigé distribué la semaine suivante. Lire les notes associées aux divers développements faits en cours.

Méthode d'évaluation

Examen écrit

Encadrement

Office hours Oui
Assistants Oui
Forum électronique Oui
Autres 'Présence des enseignants pendant les séances d'exercices pour réponses aux questions.

Ressources

Service de cours virtuels (VDI)

Non

Bibliographie

Materials : Engineering science, processing and design, M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Butterworth-Elsevier, 2007.

Traduction française, Matériaux: science, ingénierie, procédés et conception. L.Deillon, M. Rappaz, Presses Polytechniques Universitaires Romandes, 2013'

Chimie générale (livre 1) et chimie des solutions (livre 2) de John W. Hill, Ralph H. Petrucci, Terry W. McCreary et Scott S. Perry, éditions du renouveau pédagogique inc. 2008

Ressources en bibliothèque
Polycopiés

Transparents du cours et notes disponibles sur Moodle

Liens Moodle
Vidéos

Préparation pour

Tous les cours de base en mécanique des matériaux, pour le cours de métaux et alliages, de phénomènes de transfert, et propriétés fonctionelles des matériaux.

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