Metallurgical and electrochemical processes

Enseignants

Proost Joris;

Langue
d'enseignement

Anglais
> Facilités pour suivre le cours en français

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  (électrodéposition, corrosion, électrolyse de l'eau, piles à combustible)

Méthodes d'enseignement

vol 1 : Cours magistraux en présentiel
vol 2 : 2 séances obligatoires de laboratoires électrochimiques ; 5 à 6 séances d'exercices sur logiciel thermodynamique HSC
Ce cours aborde également des questions liées au développement durable et à la transition à travers les activités suivantes : 
- des travaux pratiques (laboratoires) sur la production électrochimique d'H2 via l'électrolyse de l'eau et son utilisation ultérieure dans les piles à combustible. Dans la note explicative des labos, les étudiants reçoivent à ce sujet plus de détails sur le rôle de l'H2 vert dans la transition énergétique. Pendant la rédaction du rapport de labo, ils/elles sont également invité(e)s à réfléchir sur des améliorations de ces procédés afin d'en diminuer la consommation énergétique.
- des séances d'exercices démontrant quantitativement comment et de combien on peut réduire les émissions de CO2 des procédés métallurgiques

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

vol 1 : Examen en session, dont les modalités seront communiqués en temps utile (50%)
vol 2 : Rapport de labo (25%) + test obligatoire sur logiciel HSC en cours d'année (25%) 
La matière faisant l'objet de l'examen comprend tout ce qui a été dit ou montré au cours oralement, sur écran ou à l'aide d'autres media, et ne se limite donc pas exclusivement aux "support de cours". 
L’évaluation du volume 2 comporte donc des travaux/devoirs, qui donneront lieu à une note globale unique. Le non-respect des consignes méthodologiques, notamment en matière d’utilisation de ressources en ligne ou de collaboration entre étudiant.es, pour tout travail/devoir entraînera une note globale de 0 pour le volume 2.

Support de cours

• copie des slides des cours magistraux / copy of course slides sur Moodle
• copie des séances HSC et énoncés des labo sur Moodle

Faculté ou entité
en charge

> FYKI