Metallurgical and electrochemical processes

lmapr2231  2021-2022  Louvain-la-Neuve

Metallurgical and electrochemical processes
5 crédits
30.0 h + 22.5 h
Q2
Enseignants
Langue
d'enseignement
Anglais
Préalables
LFSAB1101, LFSAB1102, LFSAB1201, LFSAB1202, LFSAB1301, LFSAB1401, LFSAB1302, LMAPR1310
Thèmes abordés
Une première partie du cours sert à donner aux étudiants une introduction aux procédés électrochimiques. Elle commence par une description des solutions ioniques aqueuses. Ensuite, une description quantitative de l'équilibre électrochimique des réactions rédox à la surface d'une électrode est développée. Finalement, il est démontré de quelle manière le concept de surtension permet d'étendre la théorie classique de la cinétique chimique à une théorie de cinétique électrochimique, décrivant le transfert de charges à travers une électrode. Quelques cas typiques de courbes de polarisation sont discutés, ainsi que des applications technologiques.
Dans une deuxième partie, les principes chimiques et électrochimiques de la thermodynamique et de la cinétique sont appliqués à la description des procédés d'élaboration et à la stabilité chimique des matériaux inorganiques. En particulier, cette partie mettra en évidence l'intérêt de construire et d'interpréter des diagrammes métallurgiques.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 Contribution du cours au référentiel du programme
Eu égard au référentiel AA du programme «Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil», ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentissage suivants :
  • AA1.1, AA1.2
  • AA2.3, AA2.6, AA2.7
  • AA4.1, AA4.2, AA4.3
Acquis d'apprentissage spécifiques au cours
Plus précisément, au terme du cours, l'étudiant sera capable de :
  • déterminer, sur base des relations et des diagrammes thermodynamiques, les conditions opératoires d'un procédé chimique, plus spécifiquement afin de produire un métal à partir de sa forme oxydé ou sulfuré, soit par réduction en milieu gazeux, soit électrochimiquement en milieu aqueux ;
  • identifier et décrire des bilans de masse et d'énergie d'un tel procédé ;
  • appliquer les principes de la cinétique électrochimique pour comprendre des applications technologiques (corrosion, piles à combustible, ').
Acquis d'apprentissage transversaux :
A l'issue de cet enseignement, les étudiants seront également en mesure de :
  • résoudre un exercice élaboré lors d'un examen écrit avec une contrainte importante de temps ;
  • expliquer avec ses propres mots un nouveau concept lors d'un examen oral.
 
Contenu
Partie 1 : Procédés métallurgiques :
  • diagrammes d'Ellingham, de Kellogg et de Chaudron pour juger de la réactivité des matériaux inorganiques à température élevée en atmosphère gazeuse;
  • applications : la stabilité relative des oxydes, le fonctionnement d'un haut fourneau;
Partie 2 : Procédés électrochimiques :
  • description des solutions ioniques et des interactions ion-solvant (Debye-Hückel)
  • structure des interfaces chargées (double couche électrique, potentiel zeita)
  • l'énergie libre électrochimique (Nernst)
  • diagrammes de Pourbaix pour juger de la réactivité des matériaux inorganiques à basse température en milieu aqueux ;
  • surtensions et cinétique électrochimique (Butler-Volmer, courbes de polarisation)
  • réactions et procédés électrochimiques d'intérêt technologique (électrodéposition, piles à combustible)
Méthodes d'enseignement
En 2020-2021, le cours doit en principe ne plus être suivi par les étudiants du Master KIMA puisque le contenu a déjà été traité dans le cours LMAPR-1231 du BAC FYKI. Son contenu est offert sous forme de chapitres de livre à lire de façon autonome, avec des interactions périodiques avec l'enseignant.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
En 2020-21, l'évaluation se fera de façon continue pendant l'année, dont le mode sera discuté au début du cours en concertation avec l'étudiant.
Support de cours
  • copie des slides des cours magistraux / copy of course slides
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux

Mineure en sciences de l'ingénieur: chimie et physique appliquées (accessible uniquement pour réinscription)

Master [120] en sciences et gestion de l'environnement