Science et ingénierie des polymères-Physique

Enseignants

Demoustier Sophie; Jonas Alain (coordinateur(trice)); Van Ruymbeke Evelyne;

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Ce cours requiert une formation de base en thermodynamique et physique statistique.

Thèmes abordés

Le premier thème concerne la physique des matériaux polymères, et présente les grandes propriétés de ces matériaux en établissant de manière formelle le lien avec les caractéristiques physiques des chaînes au niveau microscopique.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	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. 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)

Contenu

1.1. Principales caractéristiques de chaînes macromoléculaires 1.2. Elasticité des chaînes macromoléculaires, et élasticité des matériaux élastomères 1.3. L'état vitreux et la transition vitreuse des matériaux polymères 1.4. Viscoélasticité et rhéologie des polymères 1.5. Polymères semi-cristallins et cristallisation des polymères

Méthodes d'enseignement

Le cours mélange des parties plus formelles présentées par les enseignant/es, et des exercices réalisés par les étudiant/es, soit en vue de les interpeller, soit de façon à leur faire appliquer les concepts présentés. Le cours sera donné en totalité ou en partie dans le format de classe inversée, en présentiel, éventuellement en comodalité pour certaines parties. La visite d'une société industrielle de mise en oeuvre des polymères peut compléter la formation.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

Les étudiants passeront un examen écrit à livre fermé, comprenant de petits exercices et une partie de restitution des concepts acquis. Une partie de la note finale tiendra compte de l'évaluation continue menée durant le quadrimestre pour certaines parties du cours. Cette partie de note servira pour chaque session; cette partie de l'évaluation ne pourra pas être représentée.
Pondération des prestations: si x1 est la note sur 20 reçue pour l'évaluation continue de la partie donnée par A. Jonas, x2 la note sur 20 reçue à l'examen de la partie de A. Jonas, et y la note sur 20 reçue à l'examen de la partie de E. Van Ruymbeke, alors la note finale sur 20 sera 20/13*(max(x2/20*8,(x1/20*4+x2/20*4))+y/20*3), 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.

Autres infos

Ce cours requiert une formation de base en thermodynamique, physique statistique et chimie organique.

Ressources
en ligne

Des notes de cours (en anglais) sont mises à disposition des étudiants sur le site Moodle du cours, ainsi que de courtes capsules vidéos.

Bibliographie

Des notes de cours et des podcasts vidéos (en Anglais) sont mis à disposition des étudiants sur le site du cours.
Des copies des transparents sont disponibles sur le site du cours. Les ouvrages de référence suivants sont intéressants : Paul C. Hiemenz; Timothy P. Lodge, Polymer Chemistry, 2nd edition, CRC Press:Boca Raton, 2007.

Faculté ou entité
en charge

FYKI