Introduction à la science des matériaux [ LMAPR1805 ]

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Ce cours vise à donner une introduction à la science des matériaux en tant que science qui cherche à lier la mise en oeuvre, la structure et les propriétés des matériaux sur base des principes de la chimie, de la physico-chimie, de la thermodynamique, des bases de mécanique quantique et de la physique et la mécanique du solide.

Contribution du cours au référentiel du programme

Eu égard au référentiel AA du programme « Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil», ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentissage suivants :

AA 1.1, 1.2

Acquis d'apprentissage spécifiques au cours

A l'issue du cours, l'étudiant sera capable de

• AA1.1situer la science des matériaux dans son contexte large de discipline utile dans la plupart des technologies de l'ingénieur ;
• AA1.1connaître, définir et utiliser correctement le vocabulaire et les notations propres à la discipline (p.ex. capacité de définir des termes comme réseau, atome, molécule, phase, eutectique, électron, phonon, tacticité, grain, précipité, dislocation, conformation, contrainte, déformation, module, rigidité, résistance, conductivité, etc.) ;
• AA1.1décrire sous forme de texte et schématiquement les liaisons chimiques à la base des différentes classes de matériaux, les structures amorphe ou cristallines, les défauts cristallins, les architectures moléculaires et microstructures qu'elles engendrent, les mécanismes physico-chimiques/thermodynamiques à l'origine de la genèse des microstructures ;
• AA1.2appliquer les concepts de base de la cristallographie, de la thermodynamique et des diagrammes de phase à la résolution d'exercices simples ;
• AA1.1expliquer sous forme de texte et schématiquement les liens entre la structure des matériaux (atomique, moléculaire, microstructure) et leurs propriétés fonctionnelles (conductivité électrique et thermique, propriétés optique, diélectrique, magnétique, ...) et structurales (élasticité enthalpique et entropique, transition vitreuse, résistance, ductilité, ...). ;
• AA1.1maîtriser les notations, les échelles de temps, d'espace et de température, les ordres de grandeurs en jeu pour représenter schématiquement les évolutions des propriétés structurales et fonctionnelles des différentes classes de matériaux ;
• AA1.1déduire, à partir des propriétés, les grands domaines d'application des classes de matériaux sur base d'une vision globale de la science des matériaux qui transcende les classes, mais qui explique aussi les comportements particuliers observés.

Examen écrit en session portant sur les notions abordées durant les cours magistraux et les séances de travaux pratiques

Cours magistraux, séances de travaux pratiques (exercices et laboratoires)

Introduction générale

Partie I ' Structure des matériaux et genèse des microstructures

A. Rappels de liaison ' états de la matière

B. Thermodynamique des interfaces, diffusion, germination, croissance

C. Diagrammes de phase

D. Matériaux cristallins (comprenant entre autres les bases de cristallographie, les défauts cristallins, la solidification, les microstructures)

E. Matériaux amorphes (comprenant entre autres les principales réactions de polymérisation, la tacticité et l'architecture moléculaire - solides amorphes, polymorphisme, introduction brève aux verres)

Les parties A, B & C sont vues de façon transverse à toutes les classes de matériaux.

Des séances d'exercices sont prévues sur les aspects physico-chimiques et sur la cristallographie.

Partie II - Propriétés fonctionnelles des matériaux

A. Electrons et phonons

B. Conductivités électrique et thermique ( + séance de laboratoire sur les mesures électriques)

C. Propriétés diélectriques, magnétiques et optiques des matériaux

Partie III - Propriétés thermomécaniques des matériaux

A. Comportement mécanique point de vue macroscopique (+ séance d'exercice et laboratoire)

B. Relations architecture moléculaire/microstructure/propriétés structurales des matériaux polymères

C. Relations défauts/microstructure/propriétés structurales des matériaux métalliques et céramiques

Notes de cours et slides disponibles sur iCampus, livres d'introduction à la science des matériaux disponibles à la BSE.

Les étudiants doivent être familiers avec les concepts élémentaires de chimie, physique et mécanique