Master Sciences et Génie des Matériaux : Céramiques Hautes Performances

Description

Un stage complémentaire à la formation est un stage d'une durée minimum de 4 semaines, non prévu dans la maquette de formation et dont le sujet est validé en amont par un membre de l'équipe pédagogique, et qui donne lieu à une restitution. Ce stage peut s'effectuer entre la L3 et le M1 ou entre le M1 et le M2. Le bonus obtenu peut être au maximum 0.33 points sur la moyenne du semestre suivant la restitution du stage.

Description

Apprendre la langue anglaise, l'anglais technique, et préparer le Certificat de Compétences en Langues de L'Enseignement Supérieur (CLES)

Description

Etre sensibilisé aux problèmes de la qualité, des normes et de la sécurité dans la vie en entreprise.

Description

Apprendre la langue anglaise, l'anglais technique, et préparer le Certificat de Compétences en Langues de L'Enseignement Supérieur (CLES)

Description

Afin d'encourager l'implication des étudiants au développement de la vie sur le campus, un bonus d'un maximum de 0.33 point par an pourra leur être accordé sur la moyenne d'un semestre de printemps. Par exemple, cette implication pourra être : la création d'associations ou de fédérations, l'organisation de manifestations culturelles, le développement d'outils pour le suivi des anciens étudiants, la participation à l'organisation des dispositifs de communication sur le campus (forum, rencontre avec lycées, écoles, entreprises...), la participation active aux conseils et études permettant l'amélioration de la vie étudiante... Ce projet devra être validé par une commission en début d'année et donner lieu à un rapport et une présentation orale pour que le bonus soit validé.

Description

Les étudiants suivant les cours de François Langue Etrangère (FLE) peuvent bénéficier d'un bonus maximum de 0.33 point sur la moyenne du semestre de printemps de leur formation.

Description

Un stage complémentaire à la formation est un stage d'une durée minimum de 4 semaines, non prévu dans la maquette de formation et dont le sujet est validé en amont par un membre de l'équipe pédagogique, et qui donne lieu à une restitution. Ce stage peut s'effectuer entre la L3 et le M1 ou entre le M1 et le M2. Le bonus obtenu peut être au maximum 0.33 points sur la moyenne du semestre suivant la restitution du stage.

Description

Comprendre le comportement mécanique des solides et les relations entre propriétés mécaniques et microstructure des matériaux.

Description

Contenu :

Le contenu de cette UE sera découpé en respectant tant que possible la chronologie du cycle du combustible et de son retraitement :

a)     Bases de la chimie de l’uranium, des radionucléides : historique, radioactivité, abondance isotopique, états de valence, diagramme de Pourbaix (+ conf. AREVA) ;

b)     Hygiène et Sécurité, radioprotection (+ conf. IRSN-CEA) ;

c)     Principales filières de réacteurs, choix stratégiques, accidents graves, présentation des filières de démantèlement (+ conf. AREVA) ;

d)     Mise en forme, frittage des céramiques nucléaires, stabilité thermochimique, choix et élaboration des matériaux de modération ;

e)     Comportement physico-chimique des matériaux nucléaires et tenue mécanique ;

f)      Confinement des déchets : élaboration de nouvelles matrices et déploiement de nouveaux procédés rôle et missions du laboratoire de Bure (+ conf. AREVA).

Langue

Français

Objectif

Objectif :

L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques d’une part, sur tout le cycle de fabrication du combustible nucléaire et, d’autre part, sur les procédés de confinement ou de recyclage des combustibles usagés. Cette UE permettra de sensibiliser les étudiants de la FST et les élèves-ingénieurs de l’ENSIL-ENSCI aux procédés de fabrication des combustibles céramiques du futur et aux nouvelles filières de réacteurs nucléaires. Enfin, les étudiants et élèves ingénieurs seront sensibilisés aux règles d’hygiène et sécurité en vigueur ainsi qu’aux dispositifs de radioprotection qui concernent le secteur nucléaire.

Description

Contenu :

Les thèmes abordés dans cette UE sont donc liés aux matériaux actuellement employés dans les domaines de l’Energie et des TIC.

Matériaux pour l’Energie :

• Membranes

• Piles à combustible (PAC) ; focus sur la PAC Haute Température (SOFC)

• Batteries au Li et au Na (liquide, tout solide)

Matériaux pour les TIC :

• Verres et fibres optiques

• Diélectriques, pyroélectriques, piézoélectriques, ferroélectriques

• Micro-fabrication de dispositifs

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE dispensera à l’étudiant de Master d’importants savoirs théoriques et pratiques sur les matériaux utilisés dans les domaines de l'Energie et des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC).

Egalement, un des objectifs principaux sera que l’étudiant puisse avoir une idée concrète des enjeux socio-économiques actuels et des problématiques touchant à l'Energie et aux TIC.

Description

Contenu de l’UE :

Différentes techniques seront exposées et illustrées par quelques exemples montrant leurs domaines d’applications. L’enseignement compte quatre parties :

• La première est consacrée à des simulations à l’échelle atomique ou moléculaire (dynamique moléculaire) et à l’échelle de fines particules (dynamique brownienne). Ces simulations permettent de prédire la structuration de la matière, en fonction des éléments qui la composent, et certaines propriétés qui en découlent. Ces techniques seront illustrées par des exemples concrets d’application : simulations des structures atomiques et colloïdales.
• La seconde partie est dédiée aux calculs ab initio (échelle subatomique) fondés sur les principes de la chimie quantiques notamment dans le cadre de la théorie de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Ces calculs, à vocation de plus en plus prédictive, permettent entre autres d’épauler les techniques de caractérisation en apportant des informations complémentaires (informations d’ordre local, propriétés en conditions extrêmes, etc.) à la fois sur les solides mais également sur des objets plus petits tels que les nanomatériaux. La technique sera illustrée par des exemples concrets d’application.
• Le troisième volet comportera une initiation au langage Python – Modélisation du comportement thermomécanique d'une microstructure simplifiée avec la méthode DEM.
• La quatrième partie sera dédiée à une initiation à la résolution des équations aux dérivées partielles dans le domaine de la thermique et mécanique des fluides par les méthodes des différences finies et volumes finies. Les thèmes suivant seront abordés : o   Les équations de conservation de la chaleur et de la mécanique des fluides (diffusion/convection) et les différents types de conditions aux limites ;

o  Présentation de la méthode des différences finies et des volumes finis (discrétisation en espace et en temps, ordre des schémas, conditions de stabilité, relaxation, gestion des non-linéarités …) sur des exemples simples et mise en forme des systèmes matriciels à résoudre ;

o   Critères de qualité des maillages.

Langue

Français

Objectif

Objectif de cette unité d’enseignement :

Cette unité d’enseignement permet d’acquérir une formation de base dans le domaine de la simulation numérique des matériaux. Cette dernière est de plus en plus utilisée dans le domaine de la recherche scientifique ainsi qu’en ingénierie. Les différentes techniques de simulation se sont imposées comme de véritables expériences permettant l’étude de : la structure de la matière, ses diverses propriétés, le comportent des matériaux sous conditions extrêmes ... etc. L’objectif de cet enseignement est d’initier les étudiants à quelques techniques de simulations à différentes échelles.

Description

Il s'agit d'une série de 12 Unités d'Enseignement Fondamentaux de Recherche, de chacune 12h (soit 144h au total).Ces enseignements sont uniques en France car ils reflètent les activités de recherche actuelles des quatre axes du laboratoire IRCER (https://www.ircer.fr/), sur lequel s'adosse le Master Sciences et Génie des Matériaux : Céramiques Hautes Performances.

Description

Contenu :

 Cette UER comporte deux parties.

1ère partie: Rhéologie

 1)     Généralités et lois de comportement pour les suspensions (viscosité et visco-élasticité)

2)     Rhéométrie : procédures (écoulement, fluage, oscillation) et géométries (rotatifs, capillaires)

2ème partie: Suspensions : stabilité/agrégation

 1)     Rappel de connaissances de base sur les suspensions colloïdales (charges et potentiel de surface, théorie de la double couche, interactions entre colloïdes)

2)     Stabilité des suspensions : généralités et cas de mélanges de particules ; apport de la simulation numérique

3)     Agrégation et structure des suspensions : les paramètres qui influencent la forme et la structure des agrégats

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les suspensions et pâtes sont souvent utilisées dans les procédés de mise en forme des matériaux céramiques. Cela suppose de maîtriser leur comportement à la fois structural et rhéologique. Cette UER vise à apporter les connaissances de base en la matière, ainsi que des connaissances issues de travaux de recherche récents de l’IRCER.

Description

Contenu :

§  1- Les grandes révolutions industrielles (L’industrie 4.0)

§  2- Les différents types de procédés de fabrication (standards, additifs, soustractifs)

§  3- Le principe des procédés additifs

ü  3.1-Conception assistée par ordinateur

ü  3.2-Détail de la chaine numérique pour la fabrication additive

§  4- Principaux atouts de la fabrication additive

§  5- Les différentes techniques de fabrication additive

§  6-  Les matériaux mis en œuvre par fabrication additive

§  7- Les principaux secteurs concernés –exemples d’applications

§  8- Les techniques de fabrication additive appliquées aux céramiques

ü  8.1- les principaux procédés

ü  8.2- Focus sur la technique de robocasting

ü  8.3- Focus sur la technique de stéréolithographie

ü  8.4- Focus sur la technique d’impression jet d’encre

§  9- Conclusions – perspectives

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette Unité d’Enseignement vise à présenter un état de l’art des différentes techniques de fabrication additive, en mettant en avant les spécificités de chacune d’entre elles, à savoir le principe, les mécanismes physico-chimiques correspondants, la formulation des "encres" ou des "pâtes" céramiques associées, la définition des pièces obtenues, la vitesse de fabrication,... en illustrant chacune des techniques par des exemples de pièces réalisées pour différentes applications. Par ailleurs, cette revue sera complétée par des focus sur des techniques présentes au laboratoire IRCER avec les différents développements associés.

Description

Contenu : Introduction

-        Présentation des principes de la chimie verte

-        Définition d’un écomatériau, du recyclage, de la valorisation

-        Notion de cycle de vie

-        Contextes règlementaire et économique : est-ce un frein ou une opportunité pour le développement de la filière ?

Exemples d’écomatériaux dans le domaine de la construction (AS)

-        Recyclage et valorisation dans l’industrie cimentaire

-        Développement de terre crue à partir d’additifs biosourcés

-        Fabrication de plaques de plâtre qui améliorent le confort acoustique des usagers

Les géopolymères

-        Définition et matières premières utilisées

o   Les silicates et aluminosilicates et leur structure

o   Les solutions silicatées alcalines : rôle de leur composition (Si/M, eau, fabrication)

-        Les mécanismes réactionnels de formation et les structures résultantes

o           Les réactions de géopolymérisation (RMN, Raman, IRTF)

o           Contrôle du taux de porosité et microstructure

-        Champs d’applications et recyclage

Langue

Français

Objectif

Ecomatériaux et valorisation des déchets sont des concepts d’actualité. Au-delà de la faisabilité technique se posent des questions économiques et réglementaires. Ce cours a pour objectif de sensibiliser les étudiants à ces différents volets. A partir de quelques exemples, des solutions scientifiques et techniques en cours de développement seront présentées.

Description

Contenu:

• Synthèse de nanopoudres d’oxydes à partir d’émulsions 1.     Formulation et formation des émulsions

2.     Stabilité des émulsions, adsorption aux interfaces

3.     Les émulsions de Pickering

4.     Synthèse de particules hybrides, élaboration de matériaux poreux

• Synthèse de nanopoudres non-oxydes à partir de précurseurs organométalliques 1.     Chimie des précurseurs

2.     Synthèse des nanopoudres par spray pyrolyse

3.     Modulation de la qualité des poudres par contrôle des paramètres de synthèse

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les objectifs principaux de cette unité d’Enseignement sont d’appréhender des méthodes de synthèse originales de nanopoudres céramiques, de présenter l’approche du contrôle de la chimie et de la forme des réactifs sur la composition chimique, la structure et la morphologie des matériaux. L’application de ces matériaux sera illustrée par différents procédés de mises en forme.

Bibliographie

Références

• Emulsion Formation and Stability, edited by T.F. Tadros, WILEY-VCH
• Liquides Solutions, dispersion, émulsions, gels, B. Cabane, S. Hénon, Belin
• Influence of the electrostatic interactions in a Pickering emulsion polymerization for the synthesis of silica–polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 448, 15 June 2015, 306-314
• Processing alumina spheres by a colloidal route using silica-polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 37, 16, 2017, 5149-5156
• P. Colombo, G. Mera, R. Riedel, and G. D. Sorarù, “Polymer?Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics,” Journal of the AmericanCeramic Society, vol. 93, no. 7, pp. 1805–1837, Jul. 2010.
• V. Salles, S. Foucaud, P. Goursat, and E. Champion, “Synthesis under NH3 and thermal behaviour of SiCNAlO polymer-derived nanopowders,” J. Eur. Ceram. Soc., vol. 28, no. 6, pp. 1259–1266, 2008.

Description

Contenu :

 Matière première pour la projection thermique :

• Poudres (techniques de préparation, caractérisations, distributeurs de poudres) ;

• Suspensions (formulation, caractérisation, distributeurs) ;

      Solution       (formulation, caractérisation, distributeurs).
      * Injection      de matière première dans un plasma ou une flamme – analyse théorique et      aspects pratiques (géométries, types d’injecteurs)

• Phénomènes d’interaction entre plasma ou flamme et la matière première :

              Physiques       et notamment hydrodynamique et thermique
  
                  Chimique       (pour la projection de solutions)
                  * Formation      de dépôts à partir de particules fondues et leurs microstructures 

• Phénomène d’impact de :
• Particules solides (vitesse critique et déformation plastique)
• Particules liquides (solidification, influence du matériau de substrate et sa surface, température, mouillabilité…)
• Présentation des techniques de diagnostics (pyrométrie en vol, vélocimétrie, étude de la fragmentation)

Langue

Français

Objectif

Le but de ce module est de se concentrer sur le comportement en vol et sur le substrat des particules lors de la projection thermique de matière première solide (poudres) et liquide (suspension et solutions). Une analyse du procédé de la projection et les particularités des dépôts obtenus (microstructure) sera également abordée.

Prérequis

Compétences acquises : connaître les éléments fondamentaux régissant l’interaction laser-matière et les procédés associés

Description

Contenu :

Les Lasers

• Principes physiques fondamentaux (mécanismes - milieu actif - pompage / inversion de population / résonateur) - Les Lasers continus, Nano- Pico- femto- seconde.

• Les lasers types pour l’élaboration de films minces (Laser à excimères, Laser YAG …) Interaction laser-matière : transferts thermiques et de matière

• Interaction photothermique (à basse fluence)
• Interaction photochimique - application PLD
• Couche de Knudsen
• Expansion monodimensionnelle 1D

• Expansion tridimentionnelle sous vide / sous atmosphère contrôlée Procédés associés, synthèse et structuration

• Pulsed Laser Deposition (PLD), Laser Induced Forward Transfer (LIFT), Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE)
• Etudes Analytiques, Matrix-assisted Laser Deposition Ionization (MALDI), Laser Induced Breakdown spectroscopy (LIBS)
• Structuration laser, Cristallisation/Amorphisation, Thermo-magnetic patterning (TMP), LIPPS et ripples

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE s’inscrit dans une démarche d’initiation à la recherche.  Elle vise à donner un état de l’art sur les procédés laser pour le ‘travail’ des matériaux à l’échelle micro et nanométrique en définissant les notions essentielles de la source (le laser et ses principes fondamentaux), des mécanismes d’interaction laser-matière. et des procédés d’élaboration de films minces et de nanoparticules.

Description

Contenu :

La liaison céramique/métal

-        Les types de liaisons et les matériaux assemblés

-        Technologies et mécanismes de formation des liaisons céramique/métal : métallisation des céramiques, brasage, thermocompression.

-        Exemples d’application aux revêtements plasma : caractérisation mécanique et étude des interfaces, rôle de la préoxydation des substrats métalliques.

Rappels de réactivité

-        Notions de réaction élémentaire et d’étape limitante / Détermination expérimentale de vitesses de réaction

-        Réactivité solide/ gaz et solide liquides

Eléments de modélisation

             -   Méthode des éléments finis pour la modélisation des propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette unité d’enseignement et de recherche a pour objectif d’aborder les principes physico-chimiques fondamentaux qui gouvernent les mécanismes de formation des jonctions céramique/métal. A partir de ces notions de base, les différentes technologies et mécanismes associées de réalisation d’assemblages céramique/métal seront abordées en montrant le lien entre les propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés et la qualité de liaison céramique métal. Ce cours traitera également des notions concernant quelques éléments de modélisation numérique associés aux propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal.

Description

Contenu :

- Présentation des principaux types de désordres rencontrés dans les structures cristallines (1ère et 2nd espèce), des phénomènes d’apériodicité (structures modulées, quasi-cristaux) et de l’état amorphe.

- Définitions de la structure moyenne, de l’ordre local, des ordres à moyenne et à longue distances.

- Principe de la caractérisation de l’ordre local et de l’ordre à moyenne distance à l’aide de la méthode de la fonction de distribution de paires atomiques (PDF).

- Obtention expérimentale des PDF par diffusion totale des rayons X ou des neutrons.

- Apports des méthodes de simulation à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo inverse) et ab-initio à la détermination des structures complexes.

- Analyse de cas : désordre local dans les canaux de conduction ionique de composés à base de silicate de lanthane (électrolyte pour SOFC), structure de nanoparticules d’oxydes métalliques de dimension inférieure à 5 nm, structure de composés métastables de type « anti-verres », ordre local et topologie de réseau dans les verres à base d’oxyde de tellure (propriétés ONL).

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les structures des matériaux fonctionnels présentent souvent des écarts par rapport à l’ordre atomique idéal (caractérisé par une périodicité tridimensionnelle parfaite), intimement liés aux propriétés physiques. Parmi la grande diversité de structures s’écartant de la périodicité, on trouve celles dont l’ordre local est mal décrit par une structure moyenne (lorsque celle-ci peut être définie). Ces structures complexes, fréquentes parmi les oxydes métalliques, donnent typiquement lieu à de la diffusion diffuse sur le diagramme de diffraction. Leur étude nécessite des méthodes cristallographiques non conventionnelles, telles que la méthode des fonctions de distribution de paires atomiques (PDF). Cette UE porte sur ces structures complexes, leur description et leurs moyens modernes d’étude. Le cours sera illustré par des travaux de recherche récents reportés dans la littérature et effectués à l’IRCER.

Description

Contenu :

L’enseignement proposé au sein de ce module sera développé en deux parties de tailles inégales précédées d’une introduction générale qui permettra aux étudiants de comprendre en quoi le fait de présenter une, ou des, dimensions nanométriques peut profondément modifier les propriétés physiques intrinsèques. La première partie du module sera ensuite consacrée à la présentation d’une stratégie de synthèse en solution de particules de quelques nanomètres. Il s’agira de rappeler les connaissances de chimie en solution, notamment sur la réactivité et la polymérisation des précurseurs, afin de montrer comment la nature des précurseurs, le choix du solvant et des réactions chimiques spécifiques qui entrent en jeu offrent réellement un contrôle de la nature cristalline et de la taille de ces particules. La seconde partie du cours concernera l’étude des processus d’auto-organisation d’assemblée d’entités nanométriques. Après un rappel sur des considérations générales de thermodynamique, les processus de séparation de phase contrôlés seront présentés de façon formel. La mise en œuvre de ces processus sera illustrée par des exemples de nanostructures élaborées par auto-organisation développées en volume (décomposition spinodale dans des amorphes) ou sur une surface (auto-organisation de surfaces vicinales). Les exemples présentés pour illustrer chacune des deux parties seront issus notamment de travaux réalisés récemment au sein du laboratoire IRCER.

Objectif

Objectif:

A l’échelle nanométrique, les propriétés physiques qu’elles soient électroniques, optiques, magnétiques ou mécaniques sont modifiées par rapport à celles du cristal infini. On parle de « nanostructures » et celles-ci sont à la base de très nombreux dispositifs actifs constituant les objets connectés qui font notre quotidien et de certaines microstructures observées dans les matériaux céramiques. L’objet de ce module est, dans ce contexte, de sensibiliser les étudiants aux travaux de recherche actuels en science des matériaux dans ce domaine. Nous discuterons tout d’abord de la synthèse de nanoparticules qui concernera ici des dimensions de quelques nanomètres puis de l’organisation interparticulaire ou les distances considérées sont souvent de quelques dizaines de nanomètres et l’on parle alors d’échelle mésoscopique.

Description

Content:

• The biomaterials and their uses in the medical field

Specific criteria and standards for biological applications, main families of biomaterials and their applications (metals, polymers and ceramics)

• An Introduction to the biological behaviour of implantable materials

Bone mineralization, interactions between materials and the living tissues

• Elaboration processes and properties of ceramic biomaterials

Inert (alumina, alumina-zirconia composites), active and resorbable (calcium phosphate) bioceramics:

-synthesis of specific powders,

• shaping of porous parts, 3D scaffolds and personalized devices using additive manufacturing technologies,

• sintering of ceramic parts or scaffolds,

• mechanical and biological properties of bioceramics (influence of the architectural and chemical designs)

Langue

Français

Objectif

Goal:

Acquire knowledge on:

• the ceramic materials used in medical applications (implantable medical devices)

• the biological behaviour of these ceramic biomaterials,

• the production processes, from the synthesis of powders to the implantable ceramic parts.

• the current trends and researches in the field of ceramics for bone tissue engineering

Bibliographie

Reference:

“Advances in Ceramic Biomaterials: Materials, Devices and Challenges”, Woodhead publishing series in Biomaterials, Editors P. Palmero, F. Cambier, E. De Barra. Elsevier ltd, 2017. ISBN: 978-0-08-100881-2 (print); ISBN: 978-0-08-100882-9 (online).

Description

Contenu :

Le contenu de cette UE sera découpé en plusieurs items complémentaires :

a)     Bases en physico-chimie du frittage naturel : forces motrices, bilan énergétique, lois cinétiques, phénomènes de grossissement granulaire, rôle des paramètres expérimentaux ;

b)     Mécanismes et lois analytiques du frittage assisté par une contrainte mécanique, un courant et/ou un champ électrique ;

c)     Détermination expérimentale (instrumentation, métrologie spécifique) des champs de température, des distributions de densité de courant et des contraintes mécaniques dans une enceinte de frittage non conventionnel, mise en évidence de gradients thermiques ;

d)     Corrélations avec la simulation numérique (potentialités et limites), description des lois fondamentales utilisées ;

e)     Etude de cas, applications à des systèmes céramiques voire métalliques et à l’optimisation d’un cycle de frittage « flash ».

Langue

Français

Objectif

Objectif :

L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques sur le frittage et notamment sur les procédés de frittage « flash » ou non conventionnels (e.g. Spark Plasma Sintering). En effet, ces méthodes de frittage sont connues pour favoriser la densification et, par voie de conséquence, limiter la croissance granulaire. Cette UE est focalisée sur une approche multi-échelle du procédé de frittage « flash » (de l’échelle de l’atome à celle de la pièce) et couple donc des aspects cinétiques (e.g. phénomènes de transport de matière) et thermo-physiques (e.g. distribution des champs de température, de contraintes, de densité de courant). Cette UE permettra de montrer l’intérêt de combiner des approches analytique et numérique pour mieux appréhender les mécanismes de frittage et mieux maîtriser le procédé « flash ».

Description

Contenu :

Cette UER comporte deux parties.

1-     Verres et vitrocéramiques pour l’ONL

Equation de polarisation de la lumière dans les matériaux, matériaux à X2 et X3 exacerbés, relations structure-propriétés, verres pour l’ONL, etc…

2-     Céramiques polycristallines transparentes

Présentation des différents types de céramiques transparentes, notion de transparence optique des céramiques polycristallines, relations microstructure-propriétés, propriétés en conditions d’utilisation. Focus sur les céramiques de YAG à applications Laser.

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE vise à présenter les relations entre structure, microstructure et propriétés optiques des matériaux fonctionnels vitreux et cristallins (monocristaux et céramiques polycristallines). Sur la base de l’équation de polarisation de la lumière traversant un matériau, l’influence des différentes contributions linéaires et non-linéaires sur les propriétés optiques seront tout d’abord présentées. Ensuite, l’influence de défauts pouvant altérer les propriétés optiques linéaires des matériaux par des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière seront détaillées. Les propriétés fonctionnelles de différents matériaux pour l’optique seront finalement discutées au travers d’exemples (verres de tellure, céramiques transparentes pour lasers, blindage, lentilles, etc.).

Description

Un stage complémentaire à la formation est un stage d'une durée minimum de 4 semaines, non prévu dans la maquette de formation et dont le sujet est validé en amont par un membre de l'équipe pédagogique, et qui donne lieu à une restitution. Ce stage peut s'effectuer entre la L3 et le M1 ou entre le M1 et le M2. Le bonus obtenu peut être au maximum 0.33 points sur la moyenne du semestre suivant la restitution du stage.

Description

Préparation au CLES (Certification de compétences en Langues de l’Enseignement supérieur) Anglais niveau 2

Langue

Anglais

Objectif

L'objectif principal sera avant tout la préparation au CLES (Certification de compétences en Langues de l’Enseignement supérieur) Anglais niveau 2

Description

Il s'agit d'une série de 12 Unités d'Enseignement Fondamentaux de Recherche, de chacune 12h (soit 144h au total).Ces enseignements sont uniques en France car ils reflètent les activités de recherche actuelles des quatre axes du laboratoire IRCER (https://www.ircer.fr/), sur lequel s'adosse le Master Sciences et Génie des Matériaux : Céramiques Hautes Performances.

Description

Contenu :

 Cette UER comporte deux parties.

1ère partie: Rhéologie

 1)     Généralités et lois de comportement pour les suspensions (viscosité et visco-élasticité)

2)     Rhéométrie : procédures (écoulement, fluage, oscillation) et géométries (rotatifs, capillaires)

2ème partie: Suspensions : stabilité/agrégation

 1)     Rappel de connaissances de base sur les suspensions colloïdales (charges et potentiel de surface, théorie de la double couche, interactions entre colloïdes)

2)     Stabilité des suspensions : généralités et cas de mélanges de particules ; apport de la simulation numérique

3)     Agrégation et structure des suspensions : les paramètres qui influencent la forme et la structure des agrégats

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les suspensions et pâtes sont souvent utilisées dans les procédés de mise en forme des matériaux céramiques. Cela suppose de maîtriser leur comportement à la fois structural et rhéologique. Cette UER vise à apporter les connaissances de base en la matière, ainsi que des connaissances issues de travaux de recherche récents de l’IRCER.

Description

Contenu :

§  1- Les grandes révolutions industrielles (L’industrie 4.0)

§  2- Les différents types de procédés de fabrication (standards, additifs, soustractifs)

§  3- Le principe des procédés additifs

ü  3.1-Conception assistée par ordinateur

ü  3.2-Détail de la chaine numérique pour la fabrication additive

§  4- Principaux atouts de la fabrication additive

§  5- Les différentes techniques de fabrication additive

§  6-  Les matériaux mis en œuvre par fabrication additive

§  7- Les principaux secteurs concernés –exemples d’applications

§  8- Les techniques de fabrication additive appliquées aux céramiques

ü  8.1- les principaux procédés

ü  8.2- Focus sur la technique de robocasting

ü  8.3- Focus sur la technique de stéréolithographie

ü  8.4- Focus sur la technique d’impression jet d’encre

§  9- Conclusions – perspectives

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette Unité d’Enseignement vise à présenter un état de l’art des différentes techniques de fabrication additive, en mettant en avant les spécificités de chacune d’entre elles, à savoir le principe, les mécanismes physico-chimiques correspondants, la formulation des "encres" ou des "pâtes" céramiques associées, la définition des pièces obtenues, la vitesse de fabrication,... en illustrant chacune des techniques par des exemples de pièces réalisées pour différentes applications. Par ailleurs, cette revue sera complétée par des focus sur des techniques présentes au laboratoire IRCER avec les différents développements associés.

Description

Contenu : Introduction

-        Présentation des principes de la chimie verte

-        Définition d’un écomatériau, du recyclage, de la valorisation

-        Notion de cycle de vie

-        Contextes règlementaire et économique : est-ce un frein ou une opportunité pour le développement de la filière ?

Exemples d’écomatériaux dans le domaine de la construction (AS)

-        Recyclage et valorisation dans l’industrie cimentaire

-        Développement de terre crue à partir d’additifs biosourcés

-        Fabrication de plaques de plâtre qui améliorent le confort acoustique des usagers

Les géopolymères

-        Définition et matières premières utilisées

o   Les silicates et aluminosilicates et leur structure

o   Les solutions silicatées alcalines : rôle de leur composition (Si/M, eau, fabrication)

-        Les mécanismes réactionnels de formation et les structures résultantes

o           Les réactions de géopolymérisation (RMN, Raman, IRTF)

o           Contrôle du taux de porosité et microstructure

-        Champs d’applications et recyclage

Langue

Français

Objectif

Ecomatériaux et valorisation des déchets sont des concepts d’actualité. Au-delà de la faisabilité technique se posent des questions économiques et réglementaires. Ce cours a pour objectif de sensibiliser les étudiants à ces différents volets. A partir de quelques exemples, des solutions scientifiques et techniques en cours de développement seront présentées.

Description

Contenu:

• Synthèse de nanopoudres d’oxydes à partir d’émulsions 1.     Formulation et formation des émulsions

2.     Stabilité des émulsions, adsorption aux interfaces

3.     Les émulsions de Pickering

4.     Synthèse de particules hybrides, élaboration de matériaux poreux

• Synthèse de nanopoudres non-oxydes à partir de précurseurs organométalliques 1.     Chimie des précurseurs

2.     Synthèse des nanopoudres par spray pyrolyse

3.     Modulation de la qualité des poudres par contrôle des paramètres de synthèse

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les objectifs principaux de cette unité d’Enseignement sont d’appréhender des méthodes de synthèse originales de nanopoudres céramiques, de présenter l’approche du contrôle de la chimie et de la forme des réactifs sur la composition chimique, la structure et la morphologie des matériaux. L’application de ces matériaux sera illustrée par différents procédés de mises en forme.

Bibliographie

Références

• Emulsion Formation and Stability, edited by T.F. Tadros, WILEY-VCH
• Liquides Solutions, dispersion, émulsions, gels, B. Cabane, S. Hénon, Belin
• Influence of the electrostatic interactions in a Pickering emulsion polymerization for the synthesis of silica–polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 448, 15 June 2015, 306-314
• Processing alumina spheres by a colloidal route using silica-polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 37, 16, 2017, 5149-5156
• P. Colombo, G. Mera, R. Riedel, and G. D. Sorarù, “Polymer?Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics,” Journal of the AmericanCeramic Society, vol. 93, no. 7, pp. 1805–1837, Jul. 2010.
• V. Salles, S. Foucaud, P. Goursat, and E. Champion, “Synthesis under NH3 and thermal behaviour of SiCNAlO polymer-derived nanopowders,” J. Eur. Ceram. Soc., vol. 28, no. 6, pp. 1259–1266, 2008.

Description

Contenu :

 Matière première pour la projection thermique :

• Poudres (techniques de préparation, caractérisations, distributeurs de poudres) ;

• Suspensions (formulation, caractérisation, distributeurs) ;

      Solution       (formulation, caractérisation, distributeurs).
      * Injection      de matière première dans un plasma ou une flamme – analyse théorique et      aspects pratiques (géométries, types d’injecteurs)

• Phénomènes d’interaction entre plasma ou flamme et la matière première :

              Physiques       et notamment hydrodynamique et thermique
  
                  Chimique       (pour la projection de solutions)
                  * Formation      de dépôts à partir de particules fondues et leurs microstructures 

• Phénomène d’impact de :
• Particules solides (vitesse critique et déformation plastique)
• Particules liquides (solidification, influence du matériau de substrate et sa surface, température, mouillabilité…)
• Présentation des techniques de diagnostics (pyrométrie en vol, vélocimétrie, étude de la fragmentation)

Langue

Français

Objectif

Le but de ce module est de se concentrer sur le comportement en vol et sur le substrat des particules lors de la projection thermique de matière première solide (poudres) et liquide (suspension et solutions). Une analyse du procédé de la projection et les particularités des dépôts obtenus (microstructure) sera également abordée.

Prérequis

Compétences acquises : connaître les éléments fondamentaux régissant l’interaction laser-matière et les procédés associés

Description

Contenu :

Les Lasers

• Principes physiques fondamentaux (mécanismes - milieu actif - pompage / inversion de population / résonateur) - Les Lasers continus, Nano- Pico- femto- seconde.

• Les lasers types pour l’élaboration de films minces (Laser à excimères, Laser YAG …) Interaction laser-matière : transferts thermiques et de matière

• Interaction photothermique (à basse fluence)
• Interaction photochimique - application PLD
• Couche de Knudsen
• Expansion monodimensionnelle 1D

• Expansion tridimentionnelle sous vide / sous atmosphère contrôlée Procédés associés, synthèse et structuration

• Pulsed Laser Deposition (PLD), Laser Induced Forward Transfer (LIFT), Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE)
• Etudes Analytiques, Matrix-assisted Laser Deposition Ionization (MALDI), Laser Induced Breakdown spectroscopy (LIBS)
• Structuration laser, Cristallisation/Amorphisation, Thermo-magnetic patterning (TMP), LIPPS et ripples

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE s’inscrit dans une démarche d’initiation à la recherche.  Elle vise à donner un état de l’art sur les procédés laser pour le ‘travail’ des matériaux à l’échelle micro et nanométrique en définissant les notions essentielles de la source (le laser et ses principes fondamentaux), des mécanismes d’interaction laser-matière. et des procédés d’élaboration de films minces et de nanoparticules.

Description

Contenu :

La liaison céramique/métal

-        Les types de liaisons et les matériaux assemblés

-        Technologies et mécanismes de formation des liaisons céramique/métal : métallisation des céramiques, brasage, thermocompression.

-        Exemples d’application aux revêtements plasma : caractérisation mécanique et étude des interfaces, rôle de la préoxydation des substrats métalliques.

Rappels de réactivité

-        Notions de réaction élémentaire et d’étape limitante / Détermination expérimentale de vitesses de réaction

-        Réactivité solide/ gaz et solide liquides

Eléments de modélisation

             -   Méthode des éléments finis pour la modélisation des propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette unité d’enseignement et de recherche a pour objectif d’aborder les principes physico-chimiques fondamentaux qui gouvernent les mécanismes de formation des jonctions céramique/métal. A partir de ces notions de base, les différentes technologies et mécanismes associées de réalisation d’assemblages céramique/métal seront abordées en montrant le lien entre les propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés et la qualité de liaison céramique métal. Ce cours traitera également des notions concernant quelques éléments de modélisation numérique associés aux propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal.

Description

Contenu :

- Présentation des principaux types de désordres rencontrés dans les structures cristallines (1ère et 2nd espèce), des phénomènes d’apériodicité (structures modulées, quasi-cristaux) et de l’état amorphe.

- Définitions de la structure moyenne, de l’ordre local, des ordres à moyenne et à longue distances.

- Principe de la caractérisation de l’ordre local et de l’ordre à moyenne distance à l’aide de la méthode de la fonction de distribution de paires atomiques (PDF).

- Obtention expérimentale des PDF par diffusion totale des rayons X ou des neutrons.

- Apports des méthodes de simulation à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo inverse) et ab-initio à la détermination des structures complexes.

- Analyse de cas : désordre local dans les canaux de conduction ionique de composés à base de silicate de lanthane (électrolyte pour SOFC), structure de nanoparticules d’oxydes métalliques de dimension inférieure à 5 nm, structure de composés métastables de type « anti-verres », ordre local et topologie de réseau dans les verres à base d’oxyde de tellure (propriétés ONL).

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les structures des matériaux fonctionnels présentent souvent des écarts par rapport à l’ordre atomique idéal (caractérisé par une périodicité tridimensionnelle parfaite), intimement liés aux propriétés physiques. Parmi la grande diversité de structures s’écartant de la périodicité, on trouve celles dont l’ordre local est mal décrit par une structure moyenne (lorsque celle-ci peut être définie). Ces structures complexes, fréquentes parmi les oxydes métalliques, donnent typiquement lieu à de la diffusion diffuse sur le diagramme de diffraction. Leur étude nécessite des méthodes cristallographiques non conventionnelles, telles que la méthode des fonctions de distribution de paires atomiques (PDF). Cette UE porte sur ces structures complexes, leur description et leurs moyens modernes d’étude. Le cours sera illustré par des travaux de recherche récents reportés dans la littérature et effectués à l’IRCER.

Description

Contenu :

L’enseignement proposé au sein de ce module sera développé en deux parties de tailles inégales précédées d’une introduction générale qui permettra aux étudiants de comprendre en quoi le fait de présenter une, ou des, dimensions nanométriques peut profondément modifier les propriétés physiques intrinsèques. La première partie du module sera ensuite consacrée à la présentation d’une stratégie de synthèse en solution de particules de quelques nanomètres. Il s’agira de rappeler les connaissances de chimie en solution, notamment sur la réactivité et la polymérisation des précurseurs, afin de montrer comment la nature des précurseurs, le choix du solvant et des réactions chimiques spécifiques qui entrent en jeu offrent réellement un contrôle de la nature cristalline et de la taille de ces particules. La seconde partie du cours concernera l’étude des processus d’auto-organisation d’assemblée d’entités nanométriques. Après un rappel sur des considérations générales de thermodynamique, les processus de séparation de phase contrôlés seront présentés de façon formel. La mise en œuvre de ces processus sera illustrée par des exemples de nanostructures élaborées par auto-organisation développées en volume (décomposition spinodale dans des amorphes) ou sur une surface (auto-organisation de surfaces vicinales). Les exemples présentés pour illustrer chacune des deux parties seront issus notamment de travaux réalisés récemment au sein du laboratoire IRCER.

Objectif

Objectif:

A l’échelle nanométrique, les propriétés physiques qu’elles soient électroniques, optiques, magnétiques ou mécaniques sont modifiées par rapport à celles du cristal infini. On parle de « nanostructures » et celles-ci sont à la base de très nombreux dispositifs actifs constituant les objets connectés qui font notre quotidien et de certaines microstructures observées dans les matériaux céramiques. L’objet de ce module est, dans ce contexte, de sensibiliser les étudiants aux travaux de recherche actuels en science des matériaux dans ce domaine. Nous discuterons tout d’abord de la synthèse de nanoparticules qui concernera ici des dimensions de quelques nanomètres puis de l’organisation interparticulaire ou les distances considérées sont souvent de quelques dizaines de nanomètres et l’on parle alors d’échelle mésoscopique.

Description

Content:

• The biomaterials and their uses in the medical field

Specific criteria and standards for biological applications, main families of biomaterials and their applications (metals, polymers and ceramics)

• An Introduction to the biological behaviour of implantable materials

Bone mineralization, interactions between materials and the living tissues

• Elaboration processes and properties of ceramic biomaterials

Inert (alumina, alumina-zirconia composites), active and resorbable (calcium phosphate) bioceramics:

-synthesis of specific powders,

• shaping of porous parts, 3D scaffolds and personalized devices using additive manufacturing technologies,

• sintering of ceramic parts or scaffolds,

• mechanical and biological properties of bioceramics (influence of the architectural and chemical designs)

Langue

Français

Objectif

Goal:

Acquire knowledge on:

• the ceramic materials used in medical applications (implantable medical devices)

• the biological behaviour of these ceramic biomaterials,

• the production processes, from the synthesis of powders to the implantable ceramic parts.

• the current trends and researches in the field of ceramics for bone tissue engineering

Bibliographie

Reference:

“Advances in Ceramic Biomaterials: Materials, Devices and Challenges”, Woodhead publishing series in Biomaterials, Editors P. Palmero, F. Cambier, E. De Barra. Elsevier ltd, 2017. ISBN: 978-0-08-100881-2 (print); ISBN: 978-0-08-100882-9 (online).

Description

Contenu :

Le contenu de cette UE sera découpé en plusieurs items complémentaires :

a)     Bases en physico-chimie du frittage naturel : forces motrices, bilan énergétique, lois cinétiques, phénomènes de grossissement granulaire, rôle des paramètres expérimentaux ;

b)     Mécanismes et lois analytiques du frittage assisté par une contrainte mécanique, un courant et/ou un champ électrique ;

c)     Détermination expérimentale (instrumentation, métrologie spécifique) des champs de température, des distributions de densité de courant et des contraintes mécaniques dans une enceinte de frittage non conventionnel, mise en évidence de gradients thermiques ;

d)     Corrélations avec la simulation numérique (potentialités et limites), description des lois fondamentales utilisées ;

e)     Etude de cas, applications à des systèmes céramiques voire métalliques et à l’optimisation d’un cycle de frittage « flash ».

Langue

Français

Objectif

Objectif :

L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques sur le frittage et notamment sur les procédés de frittage « flash » ou non conventionnels (e.g. Spark Plasma Sintering). En effet, ces méthodes de frittage sont connues pour favoriser la densification et, par voie de conséquence, limiter la croissance granulaire. Cette UE est focalisée sur une approche multi-échelle du procédé de frittage « flash » (de l’échelle de l’atome à celle de la pièce) et couple donc des aspects cinétiques (e.g. phénomènes de transport de matière) et thermo-physiques (e.g. distribution des champs de température, de contraintes, de densité de courant). Cette UE permettra de montrer l’intérêt de combiner des approches analytique et numérique pour mieux appréhender les mécanismes de frittage et mieux maîtriser le procédé « flash ».

Description

Contenu :

Cette UER comporte deux parties.

1-     Verres et vitrocéramiques pour l’ONL

Equation de polarisation de la lumière dans les matériaux, matériaux à X2 et X3 exacerbés, relations structure-propriétés, verres pour l’ONL, etc…

2-     Céramiques polycristallines transparentes

Présentation des différents types de céramiques transparentes, notion de transparence optique des céramiques polycristallines, relations microstructure-propriétés, propriétés en conditions d’utilisation. Focus sur les céramiques de YAG à applications Laser.

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE vise à présenter les relations entre structure, microstructure et propriétés optiques des matériaux fonctionnels vitreux et cristallins (monocristaux et céramiques polycristallines). Sur la base de l’équation de polarisation de la lumière traversant un matériau, l’influence des différentes contributions linéaires et non-linéaires sur les propriétés optiques seront tout d’abord présentées. Ensuite, l’influence de défauts pouvant altérer les propriétés optiques linéaires des matériaux par des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière seront détaillées. Les propriétés fonctionnelles de différents matériaux pour l’optique seront finalement discutées au travers d’exemples (verres de tellure, céramiques transparentes pour lasers, blindage, lentilles, etc.).

Description

Un stage complémentaire à la formation est un stage d'une durée minimum de 4 semaines, non prévu dans la maquette de formation et dont le sujet est validé en amont par un membre de l'équipe pédagogique, et qui donne lieu à une restitution. Ce stage peut s'effectuer entre la L3 et le M1 ou entre le M1 et le M2. Le bonus obtenu peut être au maximum 0.33 points sur la moyenne du semestre suivant la restitution du stage.

Description

Il s'agit d'une série de 12 Unités d'Enseignement Fondamentaux de Recherche, de chacune 12h (soit 144h au total).Ces enseignements sont uniques en France car ils reflètent les activités de recherche actuelles des quatre axes du laboratoire IRCER (https://www.ircer.fr/), sur lequel s'adosse le Master Sciences et Génie des Matériaux : Céramiques Hautes Performances.

Description

Contenu :

 Cette UER comporte deux parties.

1ère partie: Rhéologie

 1)     Généralités et lois de comportement pour les suspensions (viscosité et visco-élasticité)

2)     Rhéométrie : procédures (écoulement, fluage, oscillation) et géométries (rotatifs, capillaires)

2ème partie: Suspensions : stabilité/agrégation

 1)     Rappel de connaissances de base sur les suspensions colloïdales (charges et potentiel de surface, théorie de la double couche, interactions entre colloïdes)

2)     Stabilité des suspensions : généralités et cas de mélanges de particules ; apport de la simulation numérique

3)     Agrégation et structure des suspensions : les paramètres qui influencent la forme et la structure des agrégats

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les suspensions et pâtes sont souvent utilisées dans les procédés de mise en forme des matériaux céramiques. Cela suppose de maîtriser leur comportement à la fois structural et rhéologique. Cette UER vise à apporter les connaissances de base en la matière, ainsi que des connaissances issues de travaux de recherche récents de l’IRCER.

Description

Contenu :

§  1- Les grandes révolutions industrielles (L’industrie 4.0)

§  2- Les différents types de procédés de fabrication (standards, additifs, soustractifs)

§  3- Le principe des procédés additifs

ü  3.1-Conception assistée par ordinateur

ü  3.2-Détail de la chaine numérique pour la fabrication additive

§  4- Principaux atouts de la fabrication additive

§  5- Les différentes techniques de fabrication additive

§  6-  Les matériaux mis en œuvre par fabrication additive

§  7- Les principaux secteurs concernés –exemples d’applications

§  8- Les techniques de fabrication additive appliquées aux céramiques

ü  8.1- les principaux procédés

ü  8.2- Focus sur la technique de robocasting

ü  8.3- Focus sur la technique de stéréolithographie

ü  8.4- Focus sur la technique d’impression jet d’encre

§  9- Conclusions – perspectives

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette Unité d’Enseignement vise à présenter un état de l’art des différentes techniques de fabrication additive, en mettant en avant les spécificités de chacune d’entre elles, à savoir le principe, les mécanismes physico-chimiques correspondants, la formulation des "encres" ou des "pâtes" céramiques associées, la définition des pièces obtenues, la vitesse de fabrication,... en illustrant chacune des techniques par des exemples de pièces réalisées pour différentes applications. Par ailleurs, cette revue sera complétée par des focus sur des techniques présentes au laboratoire IRCER avec les différents développements associés.

Description

Contenu : Introduction

-        Présentation des principes de la chimie verte

-        Définition d’un écomatériau, du recyclage, de la valorisation

-        Notion de cycle de vie

-        Contextes règlementaire et économique : est-ce un frein ou une opportunité pour le développement de la filière ?

Exemples d’écomatériaux dans le domaine de la construction (AS)

-        Recyclage et valorisation dans l’industrie cimentaire

-        Développement de terre crue à partir d’additifs biosourcés

-        Fabrication de plaques de plâtre qui améliorent le confort acoustique des usagers

Les géopolymères

-        Définition et matières premières utilisées

o   Les silicates et aluminosilicates et leur structure

o   Les solutions silicatées alcalines : rôle de leur composition (Si/M, eau, fabrication)

-        Les mécanismes réactionnels de formation et les structures résultantes

o           Les réactions de géopolymérisation (RMN, Raman, IRTF)

o           Contrôle du taux de porosité et microstructure

-        Champs d’applications et recyclage

Langue

Français

Objectif

Ecomatériaux et valorisation des déchets sont des concepts d’actualité. Au-delà de la faisabilité technique se posent des questions économiques et réglementaires. Ce cours a pour objectif de sensibiliser les étudiants à ces différents volets. A partir de quelques exemples, des solutions scientifiques et techniques en cours de développement seront présentées.

Description

Contenu:

• Synthèse de nanopoudres d’oxydes à partir d’émulsions 1.     Formulation et formation des émulsions

2.     Stabilité des émulsions, adsorption aux interfaces

3.     Les émulsions de Pickering

4.     Synthèse de particules hybrides, élaboration de matériaux poreux

• Synthèse de nanopoudres non-oxydes à partir de précurseurs organométalliques 1.     Chimie des précurseurs

2.     Synthèse des nanopoudres par spray pyrolyse

3.     Modulation de la qualité des poudres par contrôle des paramètres de synthèse

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les objectifs principaux de cette unité d’Enseignement sont d’appréhender des méthodes de synthèse originales de nanopoudres céramiques, de présenter l’approche du contrôle de la chimie et de la forme des réactifs sur la composition chimique, la structure et la morphologie des matériaux. L’application de ces matériaux sera illustrée par différents procédés de mises en forme.

Bibliographie

Références

• Emulsion Formation and Stability, edited by T.F. Tadros, WILEY-VCH
• Liquides Solutions, dispersion, émulsions, gels, B. Cabane, S. Hénon, Belin
• Influence of the electrostatic interactions in a Pickering emulsion polymerization for the synthesis of silica–polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 448, 15 June 2015, 306-314
• Processing alumina spheres by a colloidal route using silica-polystyrene hybrid nanoparticles, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 37, 16, 2017, 5149-5156
• P. Colombo, G. Mera, R. Riedel, and G. D. Sorarù, “Polymer?Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics,” Journal of the AmericanCeramic Society, vol. 93, no. 7, pp. 1805–1837, Jul. 2010.
• V. Salles, S. Foucaud, P. Goursat, and E. Champion, “Synthesis under NH3 and thermal behaviour of SiCNAlO polymer-derived nanopowders,” J. Eur. Ceram. Soc., vol. 28, no. 6, pp. 1259–1266, 2008.

Description

Contenu :

 Matière première pour la projection thermique :

• Poudres (techniques de préparation, caractérisations, distributeurs de poudres) ;

• Suspensions (formulation, caractérisation, distributeurs) ;

      Solution       (formulation, caractérisation, distributeurs).
      * Injection      de matière première dans un plasma ou une flamme – analyse théorique et      aspects pratiques (géométries, types d’injecteurs)

• Phénomènes d’interaction entre plasma ou flamme et la matière première :

              Physiques       et notamment hydrodynamique et thermique
  
                  Chimique       (pour la projection de solutions)
                  * Formation      de dépôts à partir de particules fondues et leurs microstructures 

• Phénomène d’impact de :
• Particules solides (vitesse critique et déformation plastique)
• Particules liquides (solidification, influence du matériau de substrate et sa surface, température, mouillabilité…)
• Présentation des techniques de diagnostics (pyrométrie en vol, vélocimétrie, étude de la fragmentation)

Langue

Français

Objectif

Le but de ce module est de se concentrer sur le comportement en vol et sur le substrat des particules lors de la projection thermique de matière première solide (poudres) et liquide (suspension et solutions). Une analyse du procédé de la projection et les particularités des dépôts obtenus (microstructure) sera également abordée.

Prérequis

Compétences acquises : connaître les éléments fondamentaux régissant l’interaction laser-matière et les procédés associés

Description

Contenu :

Les Lasers

• Principes physiques fondamentaux (mécanismes - milieu actif - pompage / inversion de population / résonateur) - Les Lasers continus, Nano- Pico- femto- seconde.

• Les lasers types pour l’élaboration de films minces (Laser à excimères, Laser YAG …) Interaction laser-matière : transferts thermiques et de matière

• Interaction photothermique (à basse fluence)
• Interaction photochimique - application PLD
• Couche de Knudsen
• Expansion monodimensionnelle 1D

• Expansion tridimentionnelle sous vide / sous atmosphère contrôlée Procédés associés, synthèse et structuration

• Pulsed Laser Deposition (PLD), Laser Induced Forward Transfer (LIFT), Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE)
• Etudes Analytiques, Matrix-assisted Laser Deposition Ionization (MALDI), Laser Induced Breakdown spectroscopy (LIBS)
• Structuration laser, Cristallisation/Amorphisation, Thermo-magnetic patterning (TMP), LIPPS et ripples

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE s’inscrit dans une démarche d’initiation à la recherche.  Elle vise à donner un état de l’art sur les procédés laser pour le ‘travail’ des matériaux à l’échelle micro et nanométrique en définissant les notions essentielles de la source (le laser et ses principes fondamentaux), des mécanismes d’interaction laser-matière. et des procédés d’élaboration de films minces et de nanoparticules.

Description

Contenu :

La liaison céramique/métal

-        Les types de liaisons et les matériaux assemblés

-        Technologies et mécanismes de formation des liaisons céramique/métal : métallisation des céramiques, brasage, thermocompression.

-        Exemples d’application aux revêtements plasma : caractérisation mécanique et étude des interfaces, rôle de la préoxydation des substrats métalliques.

Rappels de réactivité

-        Notions de réaction élémentaire et d’étape limitante / Détermination expérimentale de vitesses de réaction

-        Réactivité solide/ gaz et solide liquides

Eléments de modélisation

             -   Méthode des éléments finis pour la modélisation des propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette unité d’enseignement et de recherche a pour objectif d’aborder les principes physico-chimiques fondamentaux qui gouvernent les mécanismes de formation des jonctions céramique/métal. A partir de ces notions de base, les différentes technologies et mécanismes associées de réalisation d’assemblages céramique/métal seront abordées en montrant le lien entre les propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés et la qualité de liaison céramique métal. Ce cours traitera également des notions concernant quelques éléments de modélisation numérique associés aux propriétés thermomécaniques des jonctions céramique/métal.

Description

Contenu :

- Présentation des principaux types de désordres rencontrés dans les structures cristallines (1ère et 2nd espèce), des phénomènes d’apériodicité (structures modulées, quasi-cristaux) et de l’état amorphe.

- Définitions de la structure moyenne, de l’ordre local, des ordres à moyenne et à longue distances.

- Principe de la caractérisation de l’ordre local et de l’ordre à moyenne distance à l’aide de la méthode de la fonction de distribution de paires atomiques (PDF).

- Obtention expérimentale des PDF par diffusion totale des rayons X ou des neutrons.

- Apports des méthodes de simulation à l’échelle atomique (dynamique moléculaire, Monte-Carlo inverse) et ab-initio à la détermination des structures complexes.

- Analyse de cas : désordre local dans les canaux de conduction ionique de composés à base de silicate de lanthane (électrolyte pour SOFC), structure de nanoparticules d’oxydes métalliques de dimension inférieure à 5 nm, structure de composés métastables de type « anti-verres », ordre local et topologie de réseau dans les verres à base d’oxyde de tellure (propriétés ONL).

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Les structures des matériaux fonctionnels présentent souvent des écarts par rapport à l’ordre atomique idéal (caractérisé par une périodicité tridimensionnelle parfaite), intimement liés aux propriétés physiques. Parmi la grande diversité de structures s’écartant de la périodicité, on trouve celles dont l’ordre local est mal décrit par une structure moyenne (lorsque celle-ci peut être définie). Ces structures complexes, fréquentes parmi les oxydes métalliques, donnent typiquement lieu à de la diffusion diffuse sur le diagramme de diffraction. Leur étude nécessite des méthodes cristallographiques non conventionnelles, telles que la méthode des fonctions de distribution de paires atomiques (PDF). Cette UE porte sur ces structures complexes, leur description et leurs moyens modernes d’étude. Le cours sera illustré par des travaux de recherche récents reportés dans la littérature et effectués à l’IRCER.

Description

Contenu :

L’enseignement proposé au sein de ce module sera développé en deux parties de tailles inégales précédées d’une introduction générale qui permettra aux étudiants de comprendre en quoi le fait de présenter une, ou des, dimensions nanométriques peut profondément modifier les propriétés physiques intrinsèques. La première partie du module sera ensuite consacrée à la présentation d’une stratégie de synthèse en solution de particules de quelques nanomètres. Il s’agira de rappeler les connaissances de chimie en solution, notamment sur la réactivité et la polymérisation des précurseurs, afin de montrer comment la nature des précurseurs, le choix du solvant et des réactions chimiques spécifiques qui entrent en jeu offrent réellement un contrôle de la nature cristalline et de la taille de ces particules. La seconde partie du cours concernera l’étude des processus d’auto-organisation d’assemblée d’entités nanométriques. Après un rappel sur des considérations générales de thermodynamique, les processus de séparation de phase contrôlés seront présentés de façon formel. La mise en œuvre de ces processus sera illustrée par des exemples de nanostructures élaborées par auto-organisation développées en volume (décomposition spinodale dans des amorphes) ou sur une surface (auto-organisation de surfaces vicinales). Les exemples présentés pour illustrer chacune des deux parties seront issus notamment de travaux réalisés récemment au sein du laboratoire IRCER.

Objectif

Objectif:

A l’échelle nanométrique, les propriétés physiques qu’elles soient électroniques, optiques, magnétiques ou mécaniques sont modifiées par rapport à celles du cristal infini. On parle de « nanostructures » et celles-ci sont à la base de très nombreux dispositifs actifs constituant les objets connectés qui font notre quotidien et de certaines microstructures observées dans les matériaux céramiques. L’objet de ce module est, dans ce contexte, de sensibiliser les étudiants aux travaux de recherche actuels en science des matériaux dans ce domaine. Nous discuterons tout d’abord de la synthèse de nanoparticules qui concernera ici des dimensions de quelques nanomètres puis de l’organisation interparticulaire ou les distances considérées sont souvent de quelques dizaines de nanomètres et l’on parle alors d’échelle mésoscopique.

Description

Content:

• The biomaterials and their uses in the medical field

Specific criteria and standards for biological applications, main families of biomaterials and their applications (metals, polymers and ceramics)

• An Introduction to the biological behaviour of implantable materials

Bone mineralization, interactions between materials and the living tissues

• Elaboration processes and properties of ceramic biomaterials

Inert (alumina, alumina-zirconia composites), active and resorbable (calcium phosphate) bioceramics:

-synthesis of specific powders,

• shaping of porous parts, 3D scaffolds and personalized devices using additive manufacturing technologies,

• sintering of ceramic parts or scaffolds,

• mechanical and biological properties of bioceramics (influence of the architectural and chemical designs)

Langue

Français

Objectif

Goal:

Acquire knowledge on:

• the ceramic materials used in medical applications (implantable medical devices)

• the biological behaviour of these ceramic biomaterials,

• the production processes, from the synthesis of powders to the implantable ceramic parts.

• the current trends and researches in the field of ceramics for bone tissue engineering

Bibliographie

Reference:

“Advances in Ceramic Biomaterials: Materials, Devices and Challenges”, Woodhead publishing series in Biomaterials, Editors P. Palmero, F. Cambier, E. De Barra. Elsevier ltd, 2017. ISBN: 978-0-08-100881-2 (print); ISBN: 978-0-08-100882-9 (online).

Description

Contenu :

Le contenu de cette UE sera découpé en plusieurs items complémentaires :

a)     Bases en physico-chimie du frittage naturel : forces motrices, bilan énergétique, lois cinétiques, phénomènes de grossissement granulaire, rôle des paramètres expérimentaux ;

b)     Mécanismes et lois analytiques du frittage assisté par une contrainte mécanique, un courant et/ou un champ électrique ;

c)     Détermination expérimentale (instrumentation, métrologie spécifique) des champs de température, des distributions de densité de courant et des contraintes mécaniques dans une enceinte de frittage non conventionnel, mise en évidence de gradients thermiques ;

d)     Corrélations avec la simulation numérique (potentialités et limites), description des lois fondamentales utilisées ;

e)     Etude de cas, applications à des systèmes céramiques voire métalliques et à l’optimisation d’un cycle de frittage « flash ».

Langue

Français

Objectif

Objectif :

L’objectif de cette UE est d’apporter des connaissances scientifiques et des savoirs technologiques sur le frittage et notamment sur les procédés de frittage « flash » ou non conventionnels (e.g. Spark Plasma Sintering). En effet, ces méthodes de frittage sont connues pour favoriser la densification et, par voie de conséquence, limiter la croissance granulaire. Cette UE est focalisée sur une approche multi-échelle du procédé de frittage « flash » (de l’échelle de l’atome à celle de la pièce) et couple donc des aspects cinétiques (e.g. phénomènes de transport de matière) et thermo-physiques (e.g. distribution des champs de température, de contraintes, de densité de courant). Cette UE permettra de montrer l’intérêt de combiner des approches analytique et numérique pour mieux appréhender les mécanismes de frittage et mieux maîtriser le procédé « flash ».

Description

Contenu :

Cette UER comporte deux parties.

1-     Verres et vitrocéramiques pour l’ONL

Equation de polarisation de la lumière dans les matériaux, matériaux à X2 et X3 exacerbés, relations structure-propriétés, verres pour l’ONL, etc…

2-     Céramiques polycristallines transparentes

Présentation des différents types de céramiques transparentes, notion de transparence optique des céramiques polycristallines, relations microstructure-propriétés, propriétés en conditions d’utilisation. Focus sur les céramiques de YAG à applications Laser.

Langue

Français

Objectif

Objectif:

Cette UE vise à présenter les relations entre structure, microstructure et propriétés optiques des matériaux fonctionnels vitreux et cristallins (monocristaux et céramiques polycristallines). Sur la base de l’équation de polarisation de la lumière traversant un matériau, l’influence des différentes contributions linéaires et non-linéaires sur les propriétés optiques seront tout d’abord présentées. Ensuite, l’influence de défauts pouvant altérer les propriétés optiques linéaires des matériaux par des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière seront détaillées. Les propriétés fonctionnelles de différents matériaux pour l’optique seront finalement discutées au travers d’exemples (verres de tellure, céramiques transparentes pour lasers, blindage, lentilles, etc.).

Description

Un stage complémentaire à la formation est un stage d'une durée minimum de 4 semaines, non prévu dans la maquette de formation et dont le sujet est validé en amont par un membre de l'équipe pédagogique, et qui donne lieu à une restitution. Ce stage peut s'effectuer entre la L3 et le M1 ou entre le M1 et le M2. Le bonus obtenu peut être au maximum 0.33 points sur la moyenne du semestre suivant la restitution du stage.

Description

• Travail par groupe de ~ 3-4 personnes sur une problématique industrielle ou de recherche portée par une entreprise de l'ex-territoire Limousin ou par le laboratoire IRCER• Application des outils méthodologiques de gestion de projet (planification, établissement d’un budget, livrables…)

Description

Les étudiants suivant les cours de Français Langue Etrangère (FLE) peuvent bénéficier d'un bonus maximum de 0.33 point sur la moyenne du semestre de printemps de leur formation.

Description

• Analyse financière : 6h• Qualité : 6h• Management : 9h • Gestion de projet : 9h

Langue

Français

Description

Afin d'encourager l'implication des étudiants au développement de la vie sur le campus, un bonus d'un maximum de 0.33 point par an pourra leur être accordé sur la moyenne d'un semestre de printemps. Par exemple, cette implication pourra être : la création d'associations ou de fédérations, l'organisation de manifestations culturelles, le développement d'outils pour le suivi des anciens étudiants, la participation à l'organisation des dispositifs de communication sur le campus (forum, rencontre avec lycées, écoles, entreprises...), la participation active aux conseils et études permettant l'amélioration de la vie étudiante... Ce projet devra être validé par une commission en début d'année et donner lieu à un rapport et une présentation orale pour que le bonus soit validé.

Description

Les étudiants suivant les cours de Français Langue Etrangère (FLE) peuvent bénéficier d'un bonus maximum de 0.33 point sur la moyenne du semestre de printemps de leur formation.

Description

Afin d'encourager l'implication des étudiants au développement de la vie sur le campus, un bonus d'un maximum de 0.33 point par an pourra leur être accordé sur la moyenne d'un semestre de printemps. Par exemple, cette implication pourra être : la création d'associations ou de fédérations, l'organisation de manifestations culturelles, le développement d'outils pour le suivi des anciens étudiants, la participation à l'organisation des dispositifs de communication sur le campus (forum, rencontre avec lycées, écoles, entreprises...), la participation active aux conseils et études permettant l'amélioration de la vie étudiante... Ce projet devra être validé par une commission en début d'année et donner lieu à un rapport et une présentation orale pour que le bonus soit validé.

Description

Les étudiants suivant les cours de Français Langue Etrangère (FLE) peuvent bénéficier d'un bonus maximum de 0.33 point sur la moyenne du semestre de printemps de leur formation.

Description

Afin d'encourager l'implication des étudiants au développement de la vie sur le campus, un bonus d'un maximum de 0.33 point par an pourra leur être accordé sur la moyenne d'un semestre de printemps. Par exemple, cette implication pourra être : la création d'associations ou de fédérations, l'organisation de manifestations culturelles, le développement d'outils pour le suivi des anciens étudiants, la participation à l'organisation des dispositifs de communication sur le campus (forum, rencontre avec lycées, écoles, entreprises...), la participation active aux conseils et études permettant l'amélioration de la vie étudiante... Ce projet devra être validé par une commission en début d'année et donner lieu à un rapport et une présentation orale pour que le bonus soit validé.