Cette UE se positionne comme une UE généraliste de « Découverte des Matériaux », dès la 2eme année de Licence. Elle se base sur des Cours Magistraux thématiques, complétés par des Travaux Dirigés et quatre Travaux Pratiques. L’objectif principal de l’UE est de donner aux étudiants une connaissance générale sur les grandes familles de Matériaux Inorganiques, et sur leurs principales caractéristiques et propriétés : Verres, Métaux et Alliages, Céramiques et Matériaux Semi-Conducteurs.
Programme :
I. Introduction aux Matériaux (CM).
II. Structuration de la matière (CM+TD) et Etats cristallins (CM).
Rappels sur les Liaisons et la Structuration de la Matière à l'Echelle Atomique. Structures Cristallines et Amorphes. Etats Electroniques d'un Matériau Cristallin : Notion de Bandes d’états électroniques.
III. Verre (CM).
Ce cours d’introduction décrit les propriétés principales des verres, et les grands principes de synthèse.
IV. Ceramiques (CM).
Présentation des grandes familles de céramique, leurs méthodes de fabrication et leurs propriétés.
V. Matériaux Métalliques (CM+TD).
i) Présentation des domaines d’applications des Matériaux métalliques, leurs répartitions par rapport aux autres familles de matériaux, et leurs intérêts dus à leurs propriétés spécifiques. ii) Métaux purs : Structure et propriétés. iii) Alliages métalliques : structures et évolution de leurs propriétés en comparaison aux métaux purs. iv) Grandes familles de matériaux métalliques (Alliages Ferreux, Alliages d’aluminium, Alliages de Cuivre, …)
VI. Semi-conducteurs (CM).
Principales applications des semiconducteurs. Principales familles de matériaux semiconducteurs. Dopage. Semiconducteurs pour les technologies de l’information et de la communication. Transistor MOS et technologie CMOS. Absorption de lumière : photoconduction, imagerie, photovoltaïque. Electroluminescence : diodes LED et laser.
VII. Propriétés électriques : transport électronique / conduction électrique (CM).
Description ondulatoire des orbitales moléculaires des matériaux cristallins : vitesse et masse effective électronique. Courant électronique. Classification des matériaux selon le remplissage des bandes : « Conducteurs Métalliques » vs « Isolants / semiconducteurs ».
VIII. Propriétés mécaniques (CM+TD).
IX. Elaboration et Transformation (CM).
Ces cours thématiques seront illustrés par 3 TPs qui permettront une découverte de l’univers des Matériaux et qui illustreront le lien entre les matériaux et leurs propriétés, et donc leurs applications.
- TP « Microstructure ». L’objectif pédagogique de ce TP est de faire découvrir aux étudiants la structuration d’un matériau à l’échelle microscopique, sa microstructure, ainsi que le lien entre la microstucture d’un matériau et les diagrammes d’équilibres entre phases. Pour cela, ce TP se baserait sur une observation des microstructures de différents matériaux métalliques et céramiques, et une comparaison entre les microstructures « théoriques » déduites de lecture au refroidissement de diagramme de phases et des microstructures « expérimentales ».
- TP « Propriétés électriques ». L’objectif pédagogique de ce TP est de familiariser les étudiants avec les mesures de conductivité et les 2 grandes familles de matériaux conducteurs électriques : Conducteurs Métalliques et Semi-conducteurs. Le TP comprendra des mesures de conduction électrique sur des échantillons de matériaux représentatifs de chaque catégorie: Cuivre Aluminium, Acier, carbone ; Silicium dopé de type N ou type P, ZnO, SiC disponibles sous la forme de fils, de tiges, de plaques, de feuilles, ou de couches minces.
- TP « Verre ». L’objectif pédagogique de ce TP est d’initier des étudiants de Licence à la fabrication d’un verre, en travaillant sur l’influence de la composition, sur la température de fusion et la coloration par des sels métalliques.
