Matériaux inorganiques: procédés de fabrication et propriétés d'usage

Durée

30h Th, 30h Labo., 1j T. t.

Nombre de crédits

Enseignant

Stéphanie Lambert

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Le cours se divise en trois chapitres. Ces chapitres sont précédés d'une introduction sur la problématique de la science des matériaux, les différentes classes de matériaux existants aujourd'hui sur le marché, les ressources et les réserves, le cycle de vie d'un matériau, le recyclage, ainsi que les différents domaines d'application des matériaux. Chapitre 1 : Les verres Dans ce chapitre, tous les aspects concernant les verres sont abordés, soit: - la genèse de l'état vitreux ; - les différents modèles expliquant cet état ; - les matières premières des verres (formateur de réseau, fondants, modificateurs,...) ; - les propriétés des verres ainsi que les façons de mesurer ces différentes propriétés (transparence, absorption, résistance mécanique, électrique,...) ; - les différents verres synthétisés pour différentes applications (du verre à vitre au verre au plomb pour les centrales nucléaires, en passant par les écrans de cristaux liquides, les lentilles,...) ; - les différentes types de fours à verre ainsi que les différentes mises en oeuvre (verre plat, verre creux, verre bombé,...) ; - le renforcement des verres (trempe, recuisson, feuilletage, gainage (fibres de verre). Chapitre 2 : Les ciments Dans ce chapitre sont abordés : - les matières premières intervenant dans les ciments ; - la nomeclature utilisée par les cimentiers ; - la chimie intervenant dans la fabrication du ciment Portland ; - les différents process pour faire du clinker puis du ciment ; - la théorie des colloïdes intervenant dans le processus de prise d'un ciment Portland ; - présentation des autres ciments existants (ciments aux cendres volantes, ciments blancs, ciments à haut module de Young,...). Chapitre 3 : Les céramiques
Ce chapitre est subdivisé en 2 parties : les céramiques traditionnelles, soit aluminosilicatées, et les céramiques techniques. Partie 1: Céramiques traditionnelles ou aluminosilicatées. On aborde dans cette partie : - les matières premières et leur préparation (soit pâte, soit barbotine) ; - l'aspect rhéologique des pâtes et des barbotines. La définition de la floculation ainsi que les différents paramètres influençant la floculation ; - la mise en oeuvre des céramiques (pressage, coulage, extrusion,...) ; - l'étude thermodynamique de l'étape de séchage ; - l'étape de cuisson avec l'apparition de la mullite et le phénomène de frittage ; - les domaines d'application des céramiques traditionnelles. Partie 2 : Céramiques techniques. On aborde dans cette partie : - les différentes méthodes de synthèse : réactions solide-solide, solide-liquide, solide-vapeur, précipitations, réactions en phase vapeur, dépôt sous forme de films ; - les propriétés développées par les céramiques: anti-abrasion, mécaniques, électriques, supraconductrices,...; - les types de céramiques développées selon la propriété recherchée.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Les matériaux ont de tout temps défini le niveau de développement de notre civilisation. Les premiers pas de l'humanité ont ainsi été marqué par l'Age de la Pierre, du Bronze et du Fer. Aujourd'hui, ils jouent un rôle déterminant dans toutes les mutations technologiques. Quelle que soit sa spécialité, l'ingénieur ne peut ni concevoir, ni construire des nouveaux objets sans tenir compte des propriétés des matériaux qu'il utilise. C'est en général le comportement des matériaux qui limite les performances des machines et des équipements.
Les propriétés des matériaux sont définies par la nature des liaisons chimiques, l'arrangement atomique et la microstructure. L'étude des relations entre l'organisation à l'échelle atomique, la microstructure et les propriétés des matériaux, constitue le domaine de la Science des Matériaux. En plus de leur comportement, l'utilisation des matériaux dépend également de leur disponibilité, de leur coût, de leurs méthodes de synthèse et de fabrication. L'emploi des matériaux est aussi conditionné par les méthodes de transformation, leur facilité de mise en forme et leur compatibilité avec l'environnement. Les matériaux sont classés suivant différents critères comme par exemple leur composition, leur structure ou leurs propriétés. Dans ce cours, la distinction est faite entre trois grands groupes de matériaux. Cette classification est basée sur la nature des liaisons et sur les structures atomiques : - les métaux et leurs alliages (liaisons métalliques) ; - les polymères organiques (liaisons covalentes) ; - les céramiques (les liaisons covalentes et liaisons ioniques).
Le but de ce cours est de sensibiliser les futurs ingénieurs en chimie et sciences des matériaux à la problématique des matériaux inorganiques regroupant notammant les céramiques, les verres et les ciments. Malgré que ces matériaux existent déjà depuis plusieurs centaines, voire milliers d'années, ils sont encore en plein développement technologique et économique dans des domaines très pointus comme l'électronique, l'aérospatial, les siences du vivant,...

Savoirs et compétences prérequis

CHIM0605-2 : Chimie et matériaux inorganiques.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours se divise en 30 h de cours théoriques et 30 h de travaux pratiques. Durant les travaux pratiques, les étudiants sont en groupe de 2 ou 3 personnes. Chaque groupe reçoit une "mission expérimentale" à réaliser. 
Une demi-journée de visite est également prévue chez le cimentier CBR à Lixhe ou chez un grand fabricant de verre comme AGC Glass Europe ou encore 3B-FiberGlass. Ces visites permettent aux étudiants de se familiariser avec le domaine industriel auquel ils seront confrontés durant leur carrière.

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

La présence des étudiants aux 30 heures de travaux pratiques ainsi qu'à la demi-journée de visite est obligatoire. En cas d'absence, les étudiants sont tenus de fournir un certificat médical.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Modalités d'évaluation et critères

Les travaux pratiques comptent pour 40% de la côte finale sous la forme d'un rapport à rendre pour le 15 juin.
Un examen oral est organisé en juin. Cet examen compte 3 questions de 20 points chacune pour un total de 60% de la côte finale.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Les notes de cours sont distribuées au cours.

Contacts

Stéphanie LAMBERT-JAMOULLE : Department of Chemical Engineering, B6a, local 0/31.
Tél.: 04/366.47.71
E-mail: stephanie.lambert@ulg.ac.be