Polymer Chemistry and Physical Chemistry

Enseignants

Fustin Charles-André; Gohy Jean-François; Jonas Alain;

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Ce cours suppose acquises les compétences de base en physique et chimie des polymères tels que visées par les cours LCHM1361 ou LMAPR2019.

Thèmes abordés

Ce cours est une introduction aux méthodes avancées de polymérisation et à la caractérisation des macromolécules en solution. Le cours se base sur un format de classe inversée et de projets. Tous les thèmes ne seront pas nécessairement abordés chaque année.
Partim A: Après un rappel succinct des fondamentaux relatifs aux méthodes de polymérisation en chaîne les différentes stratégies de synthèse existant actuellement seront étudiées (anionique, cationique, radicalaires standards et contrôlées et méthodes coordinatives). Les possibilités et limitations de chaque méthode seront étudiées systématiquement. Les mécanismes et cinétiques seront étudiés pour chaque méthode de polymérisation. Un accent particulier sera porté sur le contrôle des architectures macromoléculaires.
Le partim B aborde les notions de chaîne idéale et réelle, de taille des macromolécules en solution, de volume exclu et de second coefficient du viriel, les propriétés thermodynamiques des solutions de polymères, et différentes techniques de caractérisation des polymères en solution (osmométrie, viscosimétrie, chromatographie d'exclusion stérique, diffusion statique de la lumière).

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	Le but du cours est de fournir une connaissance approfondie des méthodes de polymérisation en chaîne, ainsi qu'une compréhension avancée des solutions de polymères. La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie «Programmes/formations proposant cette unité d'enseignement (UE)». Partim A : A l'issue de cette partie, les étudiants devront maîtriser les concepts suivants : L'état de l'art dans les méthodes de polymérisation en chaîne, les concepts de polymérisation contrôlée et vivante et leur impact sur les caractéristiques moléculaires des polymères obtenus (masse molaire, dispersité des chaînes, architecture), et les verrous technologiques reliés aux polymérisations en chaîne. De plus, les étudiants seront capables d'utiliser les concepts sus mentionnés dans le but de proposer des méthodologies de synthèse appropriées dans le cadre d'études de cas. Partim B : Cette partie vise à donner une compréhension avancée des solutions de polymères. A la fin du cours, les étudiant·e·s seront capables d'analyser les résultats de techniques expérimentales de détermination des caractéristiques moléculaires d'un polymère (masses molaires moyennes, distribution des masses molaires, rayon de gyration) et de prédire son comportement en solution (solubilité, gonflement, paramètre d'interaction, séparation de phase, etc.). Ils ou elles seront également capables de résoudre de petits problèmes d'importance pratique en faisant appel à ces concepts.

Contenu

Partim A "Méthodes de polymérisation en chaîne"

1. Introduction: polymérisations vivantes et contrôlées
2. Polymérisations radicalaires par transfert d’atomes (ATRP)
3. Polymérisations radicalaires en présence de nitroxydes (NMP)
4. Polymérisations radicalaires contrôlées par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT)
5. Polymérisations anioniques
6. Polymérisations vivantes par ouverture de cycles (LROP).
7. Organo-catalyse et polymérisations par ouverture de cycles 
8. Contrôle des architectures macromoléculaires
9. Transformations mécanistiques
10. Polymérisations supramoléculaires

A la fin du cours, les étudiant•es seront en mesure de proposer une méthode de synthèse efficace pour la préparation d'un (co)polymère de caractéristiques spécifiées (composition chimique, architecture, longueur des chaînes, etc.).
Partim B "Physico-chimie des polymères en solution"

1. Thermodynamique des solutions de petites molécules - rappels
2. Osmométrie
3. Qualité d’un solvant et gonflement des chaînes macromoléculaires en solution
4. Viscosimétrie et chromatographie d'exclusion stérique
5. Diagrammes de phase des solutions polymères
6. Paramètres de solubilité
7. Osmométrie des solutions macromoléculaires
8. Diffusion statique de la lumière par les solutions macromoléculaires

A la fin du cours, les étudiant•es seront en mesure d'analyser les résultats de méthodes expérimentales de détermination des caractéristiques moléculaires d'un polymère, et de prédire son comportement en solution diluée.

Méthodes d'enseignement

Partim A "Méthodes de polymérisation en chaîne"
Formation par l'auto-apprentissage : des articles de revue scientifiques relatifs aux principales méthodes de polymérisation seront donnés par les enseignants, et analysés par petits groupes. Chaque étudiant•e travaillera sur trois méthodes de polymérisation.  Durant chaque phase d'auto-apprentissage de deux-trois semaines, les étudiant•es rencontreront les enseignants pour discuter leurs lectures et préparer une présentation résumant celles-ci. Les étudiant•es présentent ensuite oralement leur travail devant la classe entière. Ce processus d'auto-apprentissage est évalué par les enseignants
Partim B "Physico-chimie des polymères en solution"
Cette partie est constituée d'un petit nombre de séances données en format de classe inversée, au cours desquelles les étudiant•es résolvent de petits problèmes et examinent plus en détail les concepts du cours avec l'enseignant. Ce travail est basé sur une lecture préalable des notes de cours et le visionnement de podcasts. Avant chaque séance, les étudiant•es doivent répondre à une série de questions relatives aux concepts de la séance à venir (quiz); les réponses sont utilisées par l'enseignant pour identifier les concepts mal compris et ajuster le contenu des séances. Une interrogation en fin de classe inversée complète le dispositif d’évaluation continue.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

Les deux parties ont le même poids dans le résultat final, qui est la moyenne arithmétique des points obtenus dans les deux parties.
Partim A "Méthodes de polymérisation en chaîne" (3 credits)
Une partie (50%) pour le travail effectué pendant l'année (évaluation continue) et une partie (50%) pour l'examen écrit. Celui-ci consiste en la résolution de cas similaires à ceux vus pendant le cours. La note finale est arrondie à l'entier le plus proche.
Partim B "Physico-chimie des polymères en solution" (2 credits)
Une partie des points sera attribué aux réponses aux quiz de préparation des classes inversées. Cette partie sera évaluée sur base du travail effectué, pas de la validité des réponses. Une partie des points sera attribuée à une évaluation continue des connaissances des étudiant·es à la fin de chaque classe inversée. Cette partie sera évaluée sur base de la justesse de la réponse aux questions. Enfin, une dernière partie de la note correspondra à un examen oral portant sur des questions plus théoriques relatives au contenu du cours; la liste des questions possibles sera communiquée aux étudiants en début d'année.
Pour cette partie, si x est la note sur 20 obtenue pour les quiz, y la note sur 20 obtenue pour les tests en fin de classe inversée, et z la note sur 20 obtenue pour l'examen, alors la note finale sur 20 est max(z,(x+y)/4+z/2), arrondie à l'entier le plus proche, sauf si la note tombe entre 9 et 10 auquel cas elle est arrondie à l'entier inférieur le plus proche.

Ressources
en ligne

Partim A "Méthodes de polymérisation en chaîne"
Des articles de revue et des les présentations des étudiants seront rendus disponibles sur le site web du cours.
Partim B "Physico-chimie des polymères en solution"
Un syllabus (en anglais), des podcasts (en anglais) et des données expérimentales seront disponibles sur le site web du cours (Moodle).

Bibliographie

L'ouvrage de référence suivant couvre une partie des concepts du partim B / the following textbook deals with part of the concepts of part B:
Paul C. Hiemenz & Timothy P. Lodge, Polymer Chemistry, 2nd edition, CRC Press:Boca Raton, 2007.
Cet ouvrage n'est pas indispensable pour la participation au cours. This book is not required for the course.

Support de cours

• documents sur moodle; syllabus de la partie physico-chimie disponible sur Moodle et au SICI.

Faculté ou entité
en charge

CHIM