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Sigle UE
U1-S6-MAT
U2-S6-MAT
Sigle module
Intitulé module
Coef. Coef UE
ECTS UE
PO-S6
Propagation des ondes
5
10
10
TFS-S6
ThermodynamiquePhysique Statistique
5
PHY-S6
TP Physique
5
C&C-S6
Cristallographie 2Cristallochimie
5
ECT-S6
Electrochimie- Cinétique
Chimique
5
10
10
ECHI-S6
Electronique- Liaison
chimique
5
Sigle-Semestre : VIB-S6 Propagation des ondes
Objectifs : L'objectif du cours « Propagation des ondes » est de :
- faire comprendre les aspects fondamentaux associés aux phénomènes ondulatoires
propagatifs (aspects énergétiques, transmission, réflexion),
- montrer comment ces propriétés fondamentales apparaissent et peuvent être
contrôlées dans les domaines d’application de l’acoustique et des matériaux pour l’optique
Pré́ -requis :
• Maths-VIB-S5
Evaluation :
• Contrôles continus
Contenu détaillé :
• Cours-TD (Ondes&Vibrations 44h: 29h CM, 15h TD) :
o Notion d'onde stationnaire, corde vibrante, application aux instruments de
musique.
o Ondes stationnaires et propagatives ; lois de dispersion généralisées, fréquence
de coupure, ondes exponentielles, notion de domaines réactifs et dispersifs.
o Puissance propagée, impédances, transmission, réflexion. Application aux
domaines de l’acoustique et de l’optique.
o Eléments d’acoustique du bâtiment.
o Quelques aspects de la propagation d'ondes: dispersion, effet Doppler, non
linéarités.
o Phénomènes de transport: conduction de la chaleur et diffusion de particules
Compétences :
• Connaissances acquises : propriétés génériques de tout phénomène
ondulatoire, illustrations dans différents domaines des sciences des matériaux
• Savoir-faire maîtrisés : description de phénomènes propagatifs sous forme
d’ondes planes, interprétation de l’interaction onde/matière au travers de la loi
de dispersion, analyse de coefficients de réflexion
Bibliographie :
• A. Chaigne, J. Kergomard, Acoustique des instruments de musique, Belin
• Le livre des techniques du son, dir. D. Mercier, Eyrolles
Sigle-Semestre : THERMO-PHYSSTAT-S6 40h (27h CM, 13h TD)
Objectifs : L'objectif de ce cours est de donner les bases de la thermodynamique et de la
Physique Statistique à des étudiants venant de différentes formations. Ces bases doivent leur
servir de socle pour des études ultérieures sur les différentes propriétés des matériaux
Pré́ -requis :
•
•
TPPHY-THERMO-S5
Maths-VIB-S5
Evaluation :
•
Contrôles continus
Contenu détaillé :
•
Cours-TD (partie thermodynamique):
o Equation d'état- Coefficients thermoélastiques- Notion de fluide simple.
o 1er principe, Travail, Chaleur (coefficients calorimétriques), systèmes ouverts et
fermés
o Fonction d'état. Définition et applications, en particulier énergie interne et
enthalpie.
o Second principe -entropie, énergie libre, enthalpie libre
o Changement de phases d'un corps pur: Diagramme (Pression, Température);
•
Point Critique, Point Triple, Relation de Clapeyron. Applications.
Cours-TD (partie physique statistique):
Ensemble Microcanonique. Postulat fondamental de la physique statistique.
Echange de chaleur, Echange de travail, Echange de particules.
o Ensemble Canonique, applications :
o Ensemble de N oscillateurs harmoniques, ensemble de N spins, Gaz Parfait.
o Ensemble Grand Canonique et applications (exemple : adsorption de molécules
en surface).
o Système de particules identiques et indépendantes : concept de discernabilité et
d’indiscernabilité, paradoxe de Gibbs.
o Statistiques quantiques, en particulier Statistique de Fermi-Dirac et applications :
comportement des électrons dans un métal et/ou dans un semi-conducteur. La
statistique de Bose-Einstein est juste abordée.
o
Compétences :
• Savoir aborder un problème de thermodynamique: définition du système, des
échanges avec l'extérieur, nature de la transformation, définir les états
d'équilibre thermodynamique.
• Origine microscopique de l'entropie
• Conséquences du 2nd principe sur l'évolution d'un système thermodynamique.
•
•
Compréhension par une approche statistique à l'échelle microscopique des
propriétés physiques macroscopiques d'un matériau.
Savoir choisir entre les approches classiques et quantiques pour décrire un
problème physique ou interpréter des résultats expérimentaux.
Bibliographie :
• "Thermodynamique", B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Ed. HERMANN.
• "Physique statistique", B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Ed. HERMANN.
• Physique statistique et Thermodynamique, C. Coulon et S. Moreau, Ed DUNOD.
Sigle-Semestre : TPPHY-S6
Objectifs : L’objectif de ce module est d’illustrer par l’expérience des notions abordées dans
différents cours : Ondes et Vibrations, Physique Statistique, Cristallographie, etc
Pré́ -requis :
•
Cours et TD de la formation Matériaux du S5 et du S6
Evaluation :
• Comptes-rendus de TP
• 1 projet
Contenu détaillé :
•
TP (44h):
o Mesure de la constante diélectrique du glycérol
La mesure expérimentale en fonction de la température et en fonction de la fréquence
de la constante diélectrique du glycérol est comparée à celle que l’on obtient à partir des
modèles théoriques de Debye et Debye-Lorentz. Le diagramme Cole-Cole sera exploité
selon le modèle de Cole-Cole et/ou Davidson-Cole.
o Effet Hall dans un semi-conducteur
Un courant parcourant une plaque conductrice ou semi-conductrice de section
rectangulaire et traversée par un champ magnétique perpendiculaire à sa grande
surface et à la direction du courant génère une tension de Hall entre les deux côtés de la
plaque. Cette étude permet en outre de caractériser la plaque semi-conductrice
(constante et mobilité de Hall, concentration en électrons ou en trous, ...)
o Interférence et diffraction d’ondes centimétrique et lumineuse
Les figures d’interférences et de diffraction générées par un réseau éclairé par des ondes
centimétriques d’une part, et par un ensemble d’éléments diffractant (fentes, trous,
réseaux,...) éclairés par un laser He-Ne d’autre part, seront observés et analysés afin de
déterminer les principales caractéristiques de ces éléments.
o Diffraction des ondes centimétriques par un macro-cristal
La diffraction de Bragg sera observée expérimentalement en envoyant des ondes
centimétriques sur un macro-cristal cubique. L’indexation des raies se fera à partir du
calcul théorique et au moyen de la sphère d’Ewald.
o Mesure de la susceptibilité magnétique de quelques corps solides
Les susceptibilités magnétiques du laiton, du zinc, du FeCl3 et du bismuth sont mesurées
au moyen de trois méthodes : Gouy, Faraday et Quincke.
o Propagation du son et des ultra-sons (1)
Cette manipulation est consacrée à l'étude des ondes sonores et ultra-sonores. Divers
montages sont utilisés pour permettre la détermination des paramètres caractéristiques
de ces ondes telles que les longueurs d'onde et les vitesses de propagation dans l’air et
dans l’eau. Les phénomènes de superposition d'ondes et l’effet Doppler y sont aussi
étudiés.
o Propagation du son et des ultra-sons (2)
Mesure de la vitesse d’ondes ultrasonores dans des solides. Vitesse longitudinale et vitesse
transverse. Analyse des propriétés mécaniques par un essai non destructif. Mesure du module
d’Young et du coefficient de poisson. Détermination de défauts dans des métaux par l’utilisation
d’ultrasons.
o Traction
Expériences de Traction, études des propriétés mécaniques de matériaux, mesure de forces à la
rupture, détermination du module d’Young pour différents métaux. Caractéristique contraintedéformation, analyse des différents régimes.
o Capteurs photovoltaïques
Il s’agit ici dans un premier temps de déterminer la caractéristique courant-tension, I=I(Vd),
d’une photodiode placée sous obscurité et sous éclairement, et de les comparer à celle d’une
diode de redressement. Le rendement de la photodiode sera également déterminé. Le tracé de la
caractéristique courant-tension d’une cellule solaire ou photovoltaïque (photodiode de grande
surface) sera ensuite abordé pour déterminer le rendement maximum du panneau et donc son
point de fonctionnement.
•
Projet (8h):
Le projet consiste pour l'étudiant à réaliser un travail de recherche
bibliographique et quelques mesures expérimentales complémentaires à celles
réalisées en séance de TP sur un sujet de son choix mais en lien avec les thèmes
vus en TP. (Exemple: propagation des ondes acoustiques dans un verre, ...)
Compétences :
• Sens physique et appropriation des ordres de grandeur des mesures ;
• Caractérisation des principaux phénomènes physiques relatifs aux matériaux ;
• Travail personnalisé sur un sujet d’initiative personnelle avec recherche
bibliographique
Intitulé du module: CRISTALLOGRAPHIE 2- CRISTALLOCHIMIE
Sigle-Semestre : CRIST2-S6
Objectifs : acquérir les principes de base de la diffraction des rayons X par les matériaux
cristallisés, utiliser les Tables Internationales de Cristallographie dans des cas simples de
structures cristallines, manipuler le réseau réciproque en vue de son utilisation en physique du
solide (systèmes périodiques) et connaître les structures cristallines des principales familles de
matériaux avec leurs propriétés physico-chimique associées.
Pré-requis :
•
•
•
CRIST1-S5
MOD-PRE-S5
Notions mathématiques : transformées de Fourier.
Evaluation :
•
•
Contrôles continus
Devoir maison
Contenu détaillé : 28h CM, 18h TD, TP 2h
Ce module est composée de trois parties:
Partie 1: Diffusion d’une onde par un système périodique: symétrie et réseau
réciproque
Cette partie du cours a pour but d’établir le lien entre réseau réel et réseau réciproque, de
familiariser l’étudiant à la manipulation du réseau réciproque tant pour l’interprétation des
expériences de diffusion des rayons X ou neutrons qu’en vue de son utilisation ultérieure en
physique du solide.
Après quelques rappels sur les éléments de symétrie (principe de Curie, symétrie ponctuelle,
symétrie de translation) - et leurs représentations géométriques ou algébriques - le réseau
réciproque est introduit à partir de la diffusion élastique d’une onde par un système de
particules diffusantes aboutissant à l’écriture commentée du facteur de structure pour un
système périodique parfait. En découle l’introduction de la construction d’Ewald et la notion
d’extinctions systématiques liées aux opérations de centrage de maille ou éléments de
symétrie avec translation fractionnaire. Sont également abordés les effets de taille finie des
échantillons ainsi que de cristal périodique en moyenne (coefficients Debye-Waller). Les
mailles réciproques et 1ères zones de Brillouin de quelques systèmes 2D ou 3D sont
étudiées plus en détail compte tenu de leur importance en physique du solide.
Partie 2: Diffraction par les rayons X :
-
Nature des RX ; interaction RX-matière ; classification géométrique de la matière
(classification de Friedel) ;
Relations de Laue ; réseau réciproque et diffraction ;
Loi de Bragg ;
Construction d’Ewald ;
-
-
-
Intensité diffractée : facteur de diffusion, facteur de structure (amplitude et phase), loi de
Friedel, diffusion anomale, facteur de multiplicité, facteur de Debye-Waller, extinctions
systématiques, réduction des intensités ;
Utilisation approfondie des Tables Internationales de Cristallographie
Méthodes expérimentales de diffraction des rayons X :
- production des rayons X (tube, synchrotron), filtres et monochromateurs, détecteurs ;
- chambres et diffractomètres : diffractomètres pour monocristaux (Laue, cristal tournant,
méthode de précession, diffractomètre 4 cercles), diffractomètres pour poudres DebyeScherrer et Bragg-Brentano ;
- Indexation des diagrammes de diffraction d’une poudre microcristalline ;
- l’enseignement s’accompagne d’une visite du centre de diffractométrie de l’Institut des
Sciences Chimiques de Rennes (diffractomètres pour monocristaux et poudres, enceintes
réactionnelles pour mesures in situ).
Partie 3: Cristallochimie des principaux matériaux :
Rappels succincts sur le tableau périodique ; rappels sur les empilements cubiques et
hexagonaux, les sites interstitiels ;
Organisation et systématique des structures :
- descriptions structurales par polyèdres au travers du remplissage des sites
tétraédriques et octaédriques des empilements compacts afin de mettre en évidence
facilement les relations et filiations entre structures cristallines ;
- descriptions en chaînes, en couches et 3D de structures types ;
Transitions de phases et transformations de différentes structures ;
Relations entre structures cristallines et propriétés physico-chimiques des matériaux (ex.
jauges à oxygène, matériaux semi-conducteurs, supraconducteurs, conducteurs ioniques…).
Compétences :
• A l’issue de ce module l’élève ingénieur connaîtra les principes généraux de la diffraction
•
par des matériaux – essentiellement cristallisés. Il saura choisir l’instrument adapté à
l’analyse structurale du matériau étudié.
L’élève ingénieur connaîtra les principales classes cristallochimiques de matériaux en
termes de structures cristallines, les relations structurales qui les lient et les propriétés
qui en résultent afin de les mettre en relation avec les applications visées.
Bibliographie :
• « DIFFRACTION DES RAYONNEMENTS : INTRODUCTION AUX CONCEPTS ET METHODES »
J. Protas, ed. Dunod.
• « Cristallographie », D. Schwarzenbach, ed. Presses polytechniques et universitaires
romandes
• « Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale », M. Van Meerssche et J.
Feneau-Dupont, ed. Peeters
• « Cristallographie géométrique et radiocristallographie », J.J. Rousseau, ed. Masson
• « Chimie des solides », J.F. Marucco, ed. EDP Sciences.
• Introduction à la Physique des Solides, chapitres 1 et 2, C.Kittel, ed. Wiley & Sons
• X-ray diffraction in crystals, imperfect crystals and amorphous bodies, A.Guinier, ed.
Dover
Sigle-Semestre : CIN-ELCH-S6
L'objectif de ce cours est de donner une base en électrochimie de corrosion ainsi
qu’en cinétique chimique.
Objectifs :
Pré́ -requis :
•
•
•
maths niveau L1-L2 ou DUT
notions de chimie générale et chimie des solutions
notions de physique
Evaluation :
•
•
Notes TP
Contrôle continu
Contenu détaillé :
Ce module d'enseignement est composé de deux parties, Cinétique chimique et électrochimie:
•
Cours (Cinétique chimique 6h CM, 4h TD) :
1ère partie:
o Généralités (avancement et vitesse de réaction, molécularité et ordre
de réaction).
o Réactions simples (équations cinétiques et méthodes de détermination
des ordres de réaction).
o Méthodes expérimentales (chimiques et physiques) appliquées à
l’étude cinétique de réactions.
o Dépendance de la vitesse de réaction de la température (équation
d’Arrhenius et son facteur pre-exponentiel, énergie d’activation, notion
de complexe activé).
o Exemples de réactions complexes (réactions opposées, réactions
parallèles).
2ème partie
o Cinétique de la réaction en milieu hétérogène (notion de front ou
d’interface de réaction)
o Cinétique de réactions entre solides :
o – modèle monodimensionnel : loi parabolique de diffusion d’espèces
réactives ;
o – modèle tridimensionnel de diffusion de Jander
o Introduction à la catalyse hétérogène, équation de Langmuir.
•
TD (Cinétique chimique)
o 1er T.D. : généralités et réactions simples.
o 2ème T.D. : méthodes expérimentales en cinétique chimique et
applications de l’équation d’Arrhenius.
o 3ème T.D. : réactions complexes (opposées et/ou parallèles).
o 4ème séance : contrôle des connaissances
Celui-ci portera sur des questions ou des applications sans calcul numérique issues
du cours et sur 1 ou 2 exercices concernant le programme des T.D. et de la première
partie du cours.
•
Cours (Electrochimie) : 10h CM
o Réactions redox dans les solutions et à l'interface. Potentiel chimique,
potentiel de phase et potentiel électrochimique. La double couche
électrique. Potentiel d’un couple électrochimique réversible. Solvatation
et énergie de réorganisation. Les approches de Brönsted et de Marcus.
Force motrice d'un processus électrochimique. Transfert d'électron et
sens des réactions. Equilibres en solution. Série galvanique des
métaux. Diagramme potentiel-pH. Piles à combustibles.
o Cinétique électrochimique. Transfert de masse et de charge dans les
solutions. Energie d'activation d'un processus électrochimique. Courbe
de polarisation. Equation de Butler-Volmer ; surtension, courant
d’échange, coefficient de transfert ; systèmes rapides et lents ; loi de
Tafel.
o Les éléments d'électrochimie du solide. Transfert de charge dans les
solides ; dopages n- et p- ; polymeres conducteurs. Electrochromisme.
o Applications : Dosages, générateurs, électrolyses, électroplating (dépôt,
raffinage et traitement des métaux), production du Cl2 et de soude.
•
TD (Electrochimie) : 6h TD
o Analyse d'un système électrochimique et détermination de ses
paramètres fondamentaux. Transfert d'électron, l'énergie standard et
l'énergie d'activation d'un processus électrochimique et approches de
Brönsted et de Marcus.
o Produit de solubilité, constantes d'équilibres (autoprotonation, solubilité,
complexation).
o Dépôt d'un métal (pur et en alliage).
•
TP (Electrochimie): 18h TP
o Tracé des courbes intensité-potentiel. Les méthodes potentiostatique et
potentiodynamique. Voltamperometrie linéaire et voltamperometrie
cyclique.
o Méthodes électrochimiques d’analyse. Dosages des systèmes redox
bases sur les courbes de polarisation (potentiometrique et
amperometrique).
o Systèmes redox. Piles – accumulateurs. Potentiel d’oxydo-réduction de
quelques couples Mn+/M. Pile de concentration. Détermination du
produit de solubilité. Etude de la thermodynamique des électrodes.
o Applications de l'électrolyse. Préparation électrochimique du chlore et
de la soude.
o Dépôt cathodique d'un métal en solution aqueuse. Dépôt du Ni sur Cu.
Courbes de polarisation.
Compétences :
•
A l’issue de cet enseignement l’élève aura acquis les notions indispensables
pour amorcer une étude cinétique de la réaction chimique et pour la mise en
œuvre appropriée:
a) des équations cinétiques applicables aux divers types de réactions et aux
divers ordres de réactions ;
b) des modèles cinétiques concernant au moins une phase solide agissant
comme réactif ou comme catalyseur de réaction.
•
Les étudiants doivent savoir définir un système redox dans les contextes
différents, savoir décrire et analyser ses paramètres électrochimiques. Pouvoir
faire les prévisions sur la possibilité, la direction d'un processus
électrochimique et sur sa vitesse. Pouvoir interpréter les données
électrochimiques primaires : les courbes de polarisation obtenues par les
méthodes potentiostatiques et potentiodynamiques (voltamperométrie linéaire
et cyclique), les chronoamperogrammes au potentiel imposé, les courbes de
dosage. Maîtriser les méthodes principales d'analyse électrochimique et savoir
les adapter en fonction du contexte. Pouvoir réaliser une électrolyse et
effectuer sa suivie par les méthodes électrochimiques.
Bibliographie :
J.O'M. Bockris, A.K.N. Reddy, M.E. Gamboa-Aldeco, Modern electrochemistry. Springer, 2001.
A. Bard, L. Faulkner, Electrochemical methods. John Wiley and Sons, New York, 2001.
R.W. Fawcett, Liquids, solutions and interfaces. Oxford, 2004.
C. Moreau, J.P. Payen, Solution aqueuses, Belin, 1996.
R. Gaboriaud, Physico-chimie des solutions, Masson, 1996.
P.G. Bruce, Solid state electrochemistry, Cambridge University Press, 1995.
Sigle-Semestre : LCH-ELQ-S6
Objectifs :
Atomistique - Liaison chimique :
-donner des bases permettant de comprendre la structure électronique des
atomes et des molécules
-apprendre à construire un diagramme qualitatif simple d’orbitales moléculaires.
L’appliquer à l’étude de la structure et de propriétés physicochimiques
moléculaires.
Electronique : Acquérir les connaissances de base de l’électronique numérique afin de
maitriser l'emploi des circuits logiques combinatoires et séquentiels. Les étudiants auront à
travers cet enseignement un aperçu des dispositifs numériques couramment utilisés
(numérisation des signaux et de l'information, capteur analogique, afficheur digital,
mémoires..).
Pré́ -requis :
•
•
MOD-AT-MINE-SYM-S5
MOD-ELQ-MATHS-S5
Evaluation :
•
•
Notes de TP
Contrôles continus
Contenu détaillé :
•
Cours-TD (Liaison chimique 15h CM, 7h TD) :
o
o
o
o
o
o
o
•
le problème monoélectronique (approche LCAO variationnelle)
exemples simples (H2, N2, O2, F2)
interactions orbitalaires. Approche perturbationnelle.
application à la construction de diagrammes d'OM qualitatifs.
structure électronique de molécules simples et de molécules hypervalentes.
relation structure électronique/structure géométrique/propriétés
structure électronique de complexes de métaux de transition
Cours (Electronique numérique 9h CM, 4h TD, 9h TP) :
o Ch. I. Fonctions logiques binaires (AND, NAND, OR..., méthodes de simplification
(algèbrique, tables de Karnaugh...)
o Ch. II. Fonctions logiques séquentielles ( bascules JK, RS, D...)
o Ch. III. Codage, Comptage et affichage digital (compteur BCD, afficheur 7
•
segments)
o Ch. IV. Convertisseur analogique-numérique.
TD-TP:
o Application et résolution de Problème : Simplification des fonctions logiques
o
combinatoires, Schéma de réalisation.
Utilisation des portes et circuits logiques TTL, CMOS, réalisation des
comparateurs et additionneur, codeur d’information. Réalisation de compteurs
BCD. Eventuellement réalisation de convertisseur analogique nbits.
Compétences :
•
•
•
•
Liaison chimique:
Interpréter et comprendre les propriétés des complexes de métaux de transition
sur la base de leurs structures électroniques et de leurs géométries.
Electronique:
Utilisation des instruments de mesure de base : oscilloscope numérique, générateur de
fonctions, multimètre, ...
Connaissance des composants électroniques et des fonctions de base de l’électronique
analogique et logique.
La connaissance et manipulation des dispositifs de base de l’électronique intégrée
(diode, transistors…) facilitera la compréhension de la physique de ces mêmes
dispositifs (cours de 2ème année).
Bibliographie :
liaison chimique:
- D.A. Mc QUARRIE « Chimie Physique – Approche moléculaire » Dunod, Paris (2000)
- R. LISSILLOUR « Chimie théorique- applications à la spectroscopie ; cours et exercices
corrigés » Dunod, Paris (2001)
- Y. JEAN et F. VOLATRON : « structure électronique des molécules » 2 volumes, Dunod
(2003)
Electronique:
- Roger BOURGERON « Schémas et circuits électroniques. [Vol. 2], Du générateur de
signaux aux circuits logiques » Dunod, Paris (2005).
-Ronald J. TOCCI « Circuits numériques : théorie et applications », Dunod, Paris.