Génie des matériaux (MTR)

Introduction à la science des matériaux. Cycle de vie d'un matériau et impacts environnementaux. Courbe contrainte-déformation d'un essai de traction : propriétés mécaniques de base. Rigidité et liaisons atomiques. Architecture atomique. Fragilité et ductilité. Relations entre les propriétés mécaniques des métaux et leurs paramètres microstructuraux. Comportement en service : ténacité, transition ductile-fragile, fatigue, fluage, corrosion électrochimique. Diagrammes d'équilibre thermodynamique. Traitements thermiques. Aciers et fontes, aciers alliés, aciers inoxydables, alliages d'aluminium, de cuivre et de titane. Solidification et procédés de fonderie. Mise en forme par déformation plastique. Influence du procédé sur la microstructure et les propriétés.

Liaisons interatomiques. Structure cristalline: concept de la microstructure, postulats de la cristallographie, réseaux directs, réseaux réciproques, imperfections, microstructure. Symétrie et propriétés physiques des cristaux, groupes ponctuels, groupes d'espace, tables internationales de cristallographie. Matériaux non cristallins : verres, amorphes, polymères, solides macromoléculaires. Propriétés mécaniques : comportement mécanique, élasticité, déformation plastique. Dégradation des matériaux : corrosion, fatigue, fluage. Propriétés électromagnétiques: métaux, semi-conducteurs, isolants, matériaux photoniques, matériaux magnétiques.

Construction des théories cinétiques. Solution de l'équation de diffusion; homogénéisation. Mécanismes de diffusion atomique. Diffusion interstitielle : activation thermique, diffusion à l'état stationnaire et non stationnaire. Diffusion substitutionnelle : « auto » diffusion, diffusion par les lacunes, mobilité atomique. Diffusion à travers les joints de grains, les dislocations et les surfaces. Précipitation aux joints de grains. Durcissement structural. Diffusion dans les systèmes binaires multi-phases. Frontières dans les solides monophasés : effet de l'activation thermique sur la migration des joints de grains, cinétique de la croissance du grain. Solidification : germination et croissance d'un solide pur; pièces moulées et soudures par fusion. Études de cas. Transformations par diffusion dans les solides : germinations homogène et hétérogène. Croissance du précipité. Caractéristiques de la transformation sans diffusion. Cinétique de transformation de phases sous éclairement ou sous tension électrique. Réactions de surface et d'interface : adsorption, désorption, diffusion, germination, croissance, rôle des propriétés de surface, exemples de cinétiques de réactions aux surfaces et aux interfaces.

Microstructural and composition analysis: optical microscopy, electron diffraction, scanning probe microscopy (tunnel effect, atomic force), electron microscopy (scanning, transmission). Non-destructive spectroscopic methods exploiting the interaction of electrons, ions and photons with solids and surfaces. Quantitative destructive methods for composition analysis : techniques using plasmas, dissolution and alternatives approached. Coupled analysis methods (composition, structure). Effect of environment on the stability and performance of materials.