Polymer Science and Engineering

Langue
d'enseignement

Anglais
> Facilités pour suivre le cours en français

Préalables

Ce cours requiert une formation de base en thermodynamique et physique statistique.

Thèmes abordés

Le premier thème concerne la physique des matériaux polymères, et présente les grandes propriétés de ces matériaux en établissant de manière formelle le lien avec les caractéristiques physiques des chaînes au niveau microscopique.

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 de compétences du programme de Master Ingénieur Civil en Chimie et Science des Matériaux, ce cours contribue au développement et à l'acquisition des acquis d'apprentissage repris ci-dessous: AA 1.1. Identifier et mettre en oeuvre les concepts, lois, raisonnements applicables à une problématique de complexité réaliste. AA 1.2. Identifier et utiliser les outils de modélisation et de calcul adéquats pour résoudre cette problématique. À l'issue de ce cours, l'étudiant sera en mesure de : Déterminer les paramètres nécessaires pour modéliser une chaîne macromoléculaire à l'aide d'un modèle de chaîne d'arpenteur, d'un modèle de chaîne persistante, ou d'un modèle d'isomères de rotation, et expliquer à l'aide de la physique statistique la variation de ces paramètres avec la masse molaire, la température ou la nature chimique de l'unité monomère; Utiliser la physique statistique et un modèle de chaîne d'arpenteur pour calculer la force de rappel exercée par une chaîne macromoléculaire lorsque ses extrémités sont éloignées; établir l'équation de la courbe contrainte/déformation d'un ruban élastomère, à partir des équations décrivant le comportement statistique de ses segments; Décrire l'approche phénoménologique de la transition vitreuse des polymères et des phénomènes de relaxation à la transition vitreuse, sur base de la notion de volume libre; utiliser cette approche pour expliquer comment la transition vitreuse évolue avec la vitesse de sollicitation et la température; Décrire la morphologie d'un polymère semi-cristallin à différentes échelles, et en établir un schéma; indiquer l'importance de cette morphologie sur les propriétés du matériau; énumérer les paramètres qui contrôlent la température de fusion d'un polymère; dériver une équation entre l'épaisseur lamellaire et la température de fusion; énumérer les observations essentielles que doit respecter une théorie de la cristallisation des polymères, et brièvement présenter les théories cinétiques qui visent à expliquer ces observations. Etablir le principe d'équivalence des effets du temps et de la température sur le module d'élasticité des polymères, et en décrire les conséquences pratiques dans l'usage de ces matériaux; quantifier ces effets à l'aide de l'équation de Williams-Landel-Ferry; Définir et expliquer différents concepts relatifs à la structure moléculaire des polymères (topologie, enchaînement des motifs constitutifs, structures configurationnelles, masses moléculaires moyennes et dispersité)

Contenu

1.1. Principales caractéristiques de chaînes macromoléculaires 1.2. Elasticité des chaînes macromoléculaires, et élasticité des matériaux élastomères 1.3. L'état vitreux et la transition vitreuse des matériaux polymères 1.4. Viscoélasticité et rhéologie des polymères 1.5. Polymères semi-cristallins et cristallisation des polymères

Méthodes d'enseignement

Le cours mélange des parties plus formelles présentées par les enseignant/es, et des exercices réalisés par les étudiant/es, soit en vue de les interpeller, soit de façon à leur faire appliquer les concepts présentés. Le cours sera donné en totalité ou en partie dans le format de classe inversée, en présentiel, éventuellement en comodalité pour certaines parties. La visite d'une société industrielle de mise en oeuvre des polymères peut compléter la formation.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

En première session, les étudiants passeront un examen oral en présence des enseignants, au cours duquel ils présenteront leur approche d'un problème général proposé en cours d'année par les enseignants, ou proposé par eux-mêmes; ils seront questionnés par les enseignants sur les concepts du cours associés à la résolution de ce problème. Un tutorat sur les problèmes aura eu lieu pendant la période de cours. A côté de ce dispositif final, une évaluation continue sera proposée pour les deux parties du cours durant la période de cours. Si x1 est la note sur 20 reçue pour l'évaluation continue de la partie donnée par A. Jonas (physique), x2 la note sur 20 reçue à l'examen de la partie de E. Van Ruymbeke (rhéologie), et y la note sur 20 obtenue à l'examen oral, alors la note finale obtenue sur 20 sera max(y, y/2 + (0.5*x1 + 0.1*x2)/1.2 ), arrondie à l'entier le plus proche sauf si la note tombe entre 9 et 10 auquel cas elle est arrondie à l'entier inférieur le plus proche.

En seconde session, l'examen sera un écrit à livre fermé, comprenant de petits exercices et une partie de restitution des concepts acquis. La note finale obtenue sera calculée par une formule identique à celle de la première session - la partie continue de l'évaluation ne pouvant pas être représentée.
Pour la partie en évaluation continue ou la réflexion sur le problème discuté lors de l'examen oral, un usage critique des intelligences artificielles génératives est possible. Les autres parties ne pourront pas faire appel à ces dispositifs d'intelligence artificielle sauf disposition contraire.

Le non-respect des consignes méthodologiques définies sur moodle, notamment en matière d’utilisation de ressources en ligne ou de collaboration entre étudiant.es, pour toute partie de l'évaluation continue entraînera une note globale de 0 pour l’évaluation continue.

Autres infos

Ce cours requiert une formation de base en thermodynamique, physique statistique et chimie organique.

Ressources
en ligne

Des notes de cours (en anglais) sont mises à disposition des étudiants sur le site Moodle du cours, ainsi que de courtes capsules vidéos.

Bibliographie

Des notes de cours et des podcasts vidéos (en Anglais) sont mis à disposition des étudiants sur le site du cours.
Des copies des transparents sont disponibles sur le site du cours. Les ouvrages de référence suivants sont intéressants : Paul C. Hiemenz; Timothy P. Lodge, Polymer Chemistry, 2nd edition, CRC Press:Boca Raton, 2007.

Faculté ou entité
en charge

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