Sciences des matériaux : matériaux pour les structures et l'énergie

En habilitation conjointe avec l’Université Paris XI, l’Ecole Centrale Paris (ECP), l’Ecole des Mines de Paris (ENSMP), l’Ecole Polytechnique (EP), l’Université Paris XII, l’INSTN

Contact à l’ENSCP :
Philippe Marcus
Laboratoire de Physico-chimie des surfaces

Objectifs pédagogiques

L’objectif de ce Master est de donner aux étudiants une connaissance approfondie des propriétés chimiques, physiques, et mécaniques des matériaux (matériaux métalliques, céramiques, oxydes, semiconducteurs) qui leur permettra d’aborder des recherches, fondamentales ou appliquées, en vue d’améliorer les performances des matériaux, ou de mettre en oeuvre des nouveaux matériaux tant à applications structurales que fonctionnelles. Le couplage de la stratégie de choix des matériaux et du développement de matériaux nouveaux fait également partie des objectifs visés par cette formation.

La formation comprend deux volets : le premier porte sur les connaissances approfondies de la physico-chimie et de la mécanique des matériaux ; le second se rapporte à l’élaboration, la caractérisation et la mise en oeuvre de matériaux spécifiques pour les nouvelles technologies de l’énergie, et de matériaux présentant des fonctionnalités physico-chimiques et mécaniques permettant des applications dans différents environnements sous sollicitations.

Les matériaux étudiés sont destinés à être utilisés dans les domaines aussi variés que le nucléaire, la production d’énergie par des nouvelles technologies (piles à combustibles, stockage électrochimique, photovoltaïque, fusion), l’aéronautique et l’automobile. Il s’agit, à travers cette formation pluridisciplinaire en science et technologie des matériaux, de former de futurs scientifiques/chercheurs bien adaptés à un environnement de recherche de pointe en conception de nouveaux matériaux ayant des fonctionnalités susceptibles de répondre efficacement aux vrais besoins de l’évolution technologique dans les différents secteurs industriels producteurs et utilisateurs de matériaux.

Enseignements du Master materiaux pour les structures et l’energie

Homogénéisation des acquis
(Fonction du profil de l’étudiant et de son projet, non obligatoire, non crédité)
Physico-chimie et rappels de base sur les matériaux (30h) - Métallurgie Physique appliquée (diagrammes de phases, traitements thermiques, cristallographie, comportement mécanique, exemples de cas : aciers, Zr, AMF) - Structure électronique des solides - Thermodynamique des solides
Mécanique (30h) - Modélisation numérique, calculs par éléments finis - Mécanique des milieux continus - Rappels de mathématiques (notion de tenseurs, transformées ...)
Techniques d’essais et de caractérisations des matériaux (au choix selon les besoins de l’étudiant)

Majeures obligatoires
(3 modules au choix sur 5 - contrôle écrit)
Matériaux en évolution (30 heures - 3 ECTS) - Défauts ponctuels, cinétique à l’état solide, diffusion - Equilibre et Transformations de phases
Microstructures et propriétés mécaniques (30 heures - 3 ECTS) - Microstructure, défauts et propriétés thermomécaniques (métalliques, céramiques, Polymères) - Micromécanismes d’endommagement et de rupture - Approche physique des critères de plasticité et d’endommagement
Lois de comportement et modélisation numérique (30 heures - 3 ECTS) - Microstructures, lois de comportement et d’endommagement - Surfaces de plasticité, critères, évolutions - Mécanique de la rupture - Modélisation numérique en non linéaire, éléments finis
Surfaces, interfaces et environnement (30 heures - 3 ECTS) - Structure et réactivité des surfaces et interfaces - Dégradation et durabilité des matériaux - Oxydation par les gaz - Corrosion électrochimique
Physique des matériaux (30 heures - 3 ECTS) - Propriétés électriques, thermiques, magnétiques, optiques ... - Cas du volume - Cas des couches minces et des multicouches

Mineure
(1 cours au choix emprunté à des majeures d’autres spécialités - 30h, 3 ECTS)
Exemples : matériaux naturels et du génie civil, calcul de structures en non linéaire, couplages sols/structures, biomatériaux, biomécanique, semiconducteurs, nanosciences/nanostructures/nanotechnologies, polymères...

Modules d’approfondissement
(2 modules au choix -30h - 2x3 ECTS)
Matériaux et nouvelles technologies de l’énergie - Stockage de l’hydrogène, piles à combustibles - Stockage électrochimique - Matériaux photovoltaïques
Matériaux et énergie nucléaire - Vieillissement hors et sous irradiation - Comportement mécanique - Corrosion et corrosion sous contrainte
Endommagement et rupture - Transformations de phases sous sollicitations - Comportement dynamique des matériaux - Mécanismes et Mécanique de l’endommagement et de la rupture
Expérimentation et modélisation multi-échelle - Modélisations et Simulations multi-échelles des matériaux - Expérimentation et modélisation micromécaniques (polycristaux, composites
Polymères, Composites et Multimatériaux
Durabilité des structures - Stabilité des structures élastiques - Calcul à la fatigue - Thermomécanique des matériaux et des structures - Dynamique des structures, propagation d’ondes, vibrations
Physico-chimie de l’élaboration - Couches très minces - Elaboration à partir de l’état liquide - Elaboration à partir de l’état divisé - Nanomatériaux - Recristallisation, grossissement de grains et coalescence
Interactions particules-matériaux - Interaction en surface - Interaction en volume - Application aux caractérisations microstructurale et analytique des matériaux et à l’analyse des surfaces
Anglais scientifique et technique (30 h - 3 ECTS)

Projets tutorés : (9 ECTS)
Projet de recherche bibliographique sur un problème d’actualité en science des matériaux (Projet de synthèse : état de l’art, limite de la recherche actuelle, applications ... 150 h de travail personnel et en groupe - 6 ECTS)
Projet court : étude expérimentale en laboratoire couplée à une modélisation des phénomènes (environ 10 jours en laboratoire - 3 ECTS) OU Projet court : modélisation numérique (simulations diffusion, irradiations, DDD, matériaux hétérogènes, couplages, calculs de structure en non linéaire...) (environ 10 jours en laboratoire - 3 ECTS / pouvant être couplé avec le projet expérimental)

Les projets feront l’objet d’un rapport (écrit ou poster pour projets courts) et d’une soutenance orale devant l’ensemble de la promotion.

Projet final de recherche en laboratoire
(Durée 5 mois - 30 ECTS)

Bilan credits :

 180 h de cours (18 crédits)
 Projets, travail personnel, langue (12 crédits)
 Stage de recherche (30 crédits)