Polymer Science and Engineering

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

Contribution du cours au référentiel du programme

Eu égard au référentiel de compétences du programme de Master Ingénieur Civil en Chimie et Science des Matériaux, ce cours contribue au développement et à l'acquisition des acquis d'apprentissage repris ci-dessous:

AA 1.1. Identifier et mettre en oeuvre les concepts, lois, raisonnements applicables à une problématique de complexité réaliste.

AA 1.2. Identifier et utiliser les outils de modélisation et de calcul adéquats pour résoudre cette problématique.

Acquis d'apprentissage spécifiques au cours

À l'issue de ce cours, l¿étudiant sera en mesure de :

• Déterminer les paramètres nécessaires pour modéliser une chaîne macromoléculaire à l'aide d'un modèle de chaîne d'arpenteur, d'un modèle de chaîne persistante, ou d'un modèle d'isomères de rotation, et expliquer à l'aide de la physique statistique la variation de ces paramètres avec la masse molaire, la température ou la nature chimique de l'unité monomère;
• Utiliser la physique statistique et un modèle de chaîne d'arpenteur pour calculer la force de rappel exercée par une chaîne macromoléculaire lorsque ses extrémités sont éloignées; établir l'équation de la courbe contrainte/déformation d'un ruban élastomère, à partir des équations décrivant le comportement statistique de ses segments;
• Décrire l'approche phénoménologique de la transition vitreuse des polymères et des phénomènes de relaxation à la transition vitreuse, sur base de la notion de volume libre; utiliser cette approche pour expliquer comment la transition vitreuse évolue avec la vitesse de sollicitation et la température;
• Décrire la morphologie d'un polymère semi-cristallin à différentes échelles, et en établir un schéma; indiquer l'importance de cette morphologie sur les propriétés du matériau; énumérer les paramètres qui contrôlent la température de fusion d'un polymère; dériver une équation entre l'épaisseur lamellaire et la température de fusion; énumérer les observations essentielles que doit respecter une théorie de la cristallisation des polymères, et brièvement présenter les théories cinétiques qui visent à expliquer ces observations.
• Etablir le principe d'équivalence des effets du temps et de la température sur le module d'élasticité des polymères, et en décrire les conséquences pratiques dans l'usage de ces matériaux; quantifier ces effets à l'aide de l'équation de Williams-Landel-Ferry;
• Définir et expliquer différents concepts relatifs à la structure moléculaire des polymères (topologie, enchaînement des motifs constitutifs, structures configurationnelles, masses moléculaires moyennes et dispersité)
• Décrire et expliquer les mécanismes des différentes grandes voies de synthèse des polymères : polymérisations en chaîne (polymérisations radicalaires, y compris contrôlées, polymérisation par coordination, polymérisations ioniques) et polymérisation par étapes ; énumérer et décrire l¿impact des principaux paramètres qui gouvernent la cinétique pour chaque voie de synthèse ; établir les relations entre le mode de synthèse et les caractéristiques moléculaires (architecture de la chaîne, régiosélectivité, tacticité, distribution des masses molaires, ¿) résultantes des chaînes polymères ;
• Décrire la structure des principaux types de copolymères (copolymères statistique, alterné, greffé et séquencé) et discuter de la méthode et des conditions de synthèse appropriées pour obtenir chaque type de copolymère ; prédire et justifier la composition globale de copolymères statistiques sur base des coefficients de réactivité  d¿un couple de monomères donnés ;
• Sélectionner et décrire une voie de polymérisation appropriée d¿un monomère donné pour obtenir un polymère présentant des caractéristiques moléculaires spécifiques ;
• Décrire différents procédés de polymérisation (polymérisation dans le fondu, polymérisation en solution, polymérisation en suspension, polymérisation en émulsion et polymérisation interfaciale) et énoncer les avantages et inconvénients de chacun de ces procédés .