Matériaux: de la chimie aux propriétés
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 et magnétiques 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 sont brièvement introduites.
- Diagrammes de phases et transformations des matériaux: Les matériaux évoluent au cours de leur élaboration et de leur utilisation. La notion d'équilibre thermodynamique, les aspects cinétiques de leurs transformations sont revus avec leur application aux matériaux.
- 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- Application à la corrosion des métaux.
- Propriétés électriques, magnétiques: Dans de nombreuses applications, les propriétés fonctionnelles des matériaux, sujet abordé rapidement dans ce cours, sont essentielles pour la microélectronique, la microtechnique, l'horlogerie, l'ingénierie biomédicale, etc.
Mots-clés
Matériaux : Microstructures, Propriétés mécaniques, thermiques, fonctionnelles, Applications, Transformations
Chimie: structure électronique des atomes, liaisons chimiques, thermodynamique, équilibres, acides et bases, oxydoréduction.
Compétences requises
Cours prérequis obligatoires
Cours de physique et de chimie de la maturité ou équivalent
Cours de mathématiques de la maturité ou équivalent
Concepts importants à maîtriser
Lois élémentaires (niveau maturité) de la chimie, de la physique et des ondes.
Acquis de formation
A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:
- Expliquer la structure et les propriétés de base des atomes et des liaisons chimiques
- Appliquer les principes de la thermodynamique à la résolution de problèmes d'équilibre
- Calculer le pH d'une solution aqueuse
- Formuler un problème lié aux matériaux en termes d'équations simples
- Choisir ou sélectionner un type de matériau en fonction de son cahier des charges
- Analyser des propriétés des matériaux en fonction de leur structure et de leur composition
- Calculer des propriétés de matériaux en respectant les ordres de grandeur et les unités
Compétences transversales
- Utiliser une méthodologie de travail appropriée, organiser un/son travail.
- Etre responsable des impacts environnementaux de ses actions et décisions.
- Evaluer sa propre performance dans le groupe, recevoir du feedback et y répondre de manière appropriée.
- Etre conscient des implications sociales et humaines liées au métier de l'ingénieur.
- Auto-évaluer son niveau de compétence acquise et planifier ses prochains objectifs d'apprentissage.
- Accéder aux sources d'informations appropriées et les évaluer.
Méthode d'enseignement
Ex cathedra/séances d'exercices
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.
Méthode d'évaluation
Examen écrit
Encadrement
| Office hours | Non |
| Assistants | Oui |
| Forum électronique | Non |
| Autres | Présence de l'enseignante pendant les séances d'exercices pour réponses aux questions. |
Ressources
Bibliographie
Materials : Engineering science, processing and designM. 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
- Matériaux: science, ingénierie, procédé et conception /Rappaz
- Chimie générale / Hill
- Materials : Engineering science, processing and design / Ashby
- Chimie des solutions / Hill
Polycopiés
Transparents du cours disponibles sur Moodle
Liens Moodle
Préparation pour
Tous les cours de base en mécanique des matériaux, pour le cours de propriétés des matériaux de BA2, de phénomènes de transfert.
Dans les plans d'études
- Semestre: Automne
- Forme de l'examen: Ecrit (session d'hiver)
- Matière examinée: Matériaux: de la chimie aux propriétés
- Cours: 3 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Exercices: 2 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Type: obligatoire