Pré-requis : Modules de licence et de M1 de chimie inorganique et sur les matériaux (UE parcours matériaux du M1 S2 ou équivalent).
Volume horaire : 35h C/ 5h TP
Responsable : Grégory TRICOT

• Objectifs pédagogiques :

Maitriser les concepts et connaitre les normes et certifications qui régulent les domaines du recyclage, de l’éco-conception et de la valorisation. - Savoir utiliser de façon critique les outils et les méthodes d’évaluation (Analyse de Cycle de Vie, Fiches de Déclarations Environnementales et Sanitaires…) du domaine. - Acquérir les bases de l’éco-conception et de la démarche Haute Qualité Environnementale et mettre en pratique ces concepts sur un produit particulier. - Connaître les principales filières de recyclage et de valorisation des déchets en général et des déchets reliées à la chimie en particulier.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances : 1-problématique des déchets (réglementation, filières de traitement classique des déchets ménagers et des filières propres à la chimie) ; 2- savoir utiliser de façon critique les outils du domaine (ACV, FDSE…) sur une problématique particulière ; 3- connaître les concepts d’HQE et d’éco-conception.

Compétences (1 à 4): 1-Traiter une problématique « déchet » en utilisant les différents outils du domaine, 2- proposer des solutions de valorisation de déchets dans le secteur de la chimie, 3- adapter les concepts HQE et d’éco-conception sur un projet particulier, 4- connaître les filières de valorisation des principaux déchets.

 

Programme

 

Recyclage, eco-conception et valorisation (enseignants : G. Tricot, N. Henry, L. Montagne, S. Daviero-Minaud, intervenants extérieurs) :

Problématiques des déchets : (i) réglementation et filières de traitement : types de déchets, traitement par stockage, incinération et méthanisation, les grands organismes et entreprises du domaine ; (ii) gestion des déchets par les collectivités (int ext SYMEDENE) : présentation de la SYMEDENE, cadre législatif, financement, cas concret du verre. (9 h C+ 5 h TP)

Les méthodes et concepts : (i) l’analyse de cycle de vie (ACV) : introduction à l’ACV, méthodologie, impact environnemental des étapes de fabrication, d’utilisation et d’élimination, paramètres importants dans l’évaluation du cycle de vie d’un matériau. Etudes de cas ; (ii) l’éco-conception (int ext Act-Environnement) : contexte, pollution intérieure, les outils (ACV, FDSE, HQE), dette environnementale, approche du bilan carbone, application sur un produit particulier. (14 h C)

Valorisation et Recyclage des déchets : (i) valorisation des déchets du BTP, (ii) recyclage des matériaux électriques et électroniques, (iii) cas particulier du recyclage des terres rares. (8 h C) 

Cas d’étude : les phosphates : aspects industriels, problèmes environnementaux (le phospho-gypse, l’eutrophisation), recyclage et valorisation. (4h C)

Pré-requis : Avoir des connaissances en chimie inorganique.
Volume horaire : 14h C /6h TD
Responsable : Lionel MONTAGNE

• Objectifs pédagogiques :

Cette UE a pour objectif de fournir les concepts et méthodes pour connaître les mécanismes de dégradation spécifiques aux matériaux inorganiques, et les conséquences sur leurs applications et productions industrielles.

Elle s’articule sur un ensemble de cas d’étude qui abordent les comportements en milieux biologiques, les contacts alimentaires, les phénomènes de corrosion à haute température.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances : mécanismes d’altération et de corrosion. Concepts et méthodes. Aspects normatifs et législatifs.

Compétences : 1-capacité à comprendre les phénomènes de corrosion et à en déduire des solutions adaptées 2-capacité de se former un jugement sur le devenir des matériaux à long terme 3-capacité de rédaction d’un travail de synthèse 4-capacité de présentation de son travail.

 

Programme

 

Dégradation des matériaux inorganiques (enseignants L. Montagne, F. Méar) :

- L’altération biologique des matériaux : cas de l’asbestose et extension aux fibres minérales (laines de verre). Comportement des biomatériaux implantés en milieu vivant (cas des matériaux bio-inertes, biocompatibles et bioactifs).

- Matériaux en contact alimentaire, qui constitue une problématique industrielle qui devient critique avec le durcissement des normes européennes. Comportement au lavage, présence et traitement des biofilms, contexte de REACH.

- Comportement des matériaux à très haute température (sidérurgie, incinérateurs, usines de production verrière,..). contexte et enjeux, corrosion des réfractaires (réactions acido-basiques, redox, diag. d’équilibre multicomposants).

- Matériaux carbonés pour l’aéronautique et l’aérospatial : enjeux, performances, limitations, solutions proposées (par exemple cas des matrices autocicatrisantes).

- Matériaux pour l’énergie : enjeux des matériaux utilisés pour les piles à combustible à électrolyte solide (SOFC), tests de performance et mécanismes de dégradation, méthodes de suivi, solutions étudiées.

 

Pré-requis : Bases en chimie inorganique
Volume horaire : 12h C/4h TD/ 4h TP
Responsable : Lionel MONTAGNE

• Objectifs pédagogiques :

Cette UE décrit la problématique des déchets nucléaires, qui s’inscrit dans le cycle du combustible nucléaire.

Le cycle du combustible nucléaire inclut la gestion des effluents ne pouvant pas être recyclés. Le module présentera les différentes alternatives aux solutions de stockage ultime des déchets nucléaires, incluant les déchets de haute mais aussi de faible et moyenne activité. Une part importante sera consacrée à la vitrification pour laquelle la France possède une expertise internationale.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances : Problématique de la gestion des déchets nucléaires, aspects législatifs, matrices de confinement, mécanismes d’altération et de corrosion. Concepts et méthodes. Aspects normatifs.

Compétences : 1-Connaissance du domaine des déchets en relation avec le cycle du combustible nucléaire, 2-capacité à comprendre les phénomènes d’altération et à en déduire des solutions adaptées 3-capacité de se former un jugement sur le devenir des matrices à long terme 4-capacité de rédaction d’un travail de synthèse 5-capacité de présentation de son travail.

Programme

 

Matrice de confinement des déchets nucléaires (enseignants : L. Montagne, F. Méar, intervenant extérieur (CEA)):

- les différentes alternatives de stockage ultime des déchets nucléaires, incluant les déchets de haute mais aussi de faible et moyenne activité. Vitrification, matrices à liants inorganiques, matrices alternatives dédiées aux déchets spéciaux (problème du césium, de l'iode, des sulfates…). Evolution de la problématique des déchets nucléaires dans le cadre des réacteurs de 3ème et 4ème génération.

- Mécanismes de vieillissement : altération par l’eau,  Influence de paramètres intrinsèques (structure, composition) et extrinsèques (T, pH, force ionique).

- Aspects cinétiques de l’altération. Structure des gels de  corrosion et des couches de diffusion. Modélisation, modèles géochimiques. Méthodologie d’étude du comportement à long terme.

-  Méthodologie d’étude. Examen des tests normalisés.  Méthodes de caractérisation des surfaces altérées, méthodes cinétiques.

Pré-requis : Avoir des connaissances en chimie du solide et en chimie théorique.
Volume horaire : 20h C
Responsable : Rachel DESFEUX

• Objectifs pédagogiques :

Les objectifs de ce module sont de connaître et comprendre le principe de fonctionnement de techniques de synthèse et de caractérisation de nanomatériaux et de couches minces, de comprendre et interpréter des phénomènes physico-chimiques mis en jeu dans des matériaux nanostructurés et de connaître différentes méthodes de simulations numériques à l’échelle du nanomètre.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances : l’étudiant aura acquis des connaissances expérimentales et théoriques dans le domaine des matériaux inorganiques nanostructurés.

Les compétences acquises: 1-capacité à comprendre le mode opératoire et le principe de fonctionnement de techniques utilisées pour synthétiser des couches minces 2- comprendre le protocole opératoire des grandes voies de synthèse de nanomatériaux (nanoparticules, nanofils, couches minces) 3- capacité à comprendre les techniques couramment utilisées pour la détermination de la taille des cristallites 4- connaitre les différentes méthodes de modélisation et simulation des nanomatériaux 5- connaitre les différents programmes informatiques pour l’étude des nanomatériaux.

 

Programme

Descriptif du contenu :

L’objectif scientifique est d’apporter des connaissances sur des techniques de synthèse et des outils (expérimentaux et numériques) de caractérisation de nanomatériaux et de couches minces.

Détails des contenus couverts par ce module – Notions principales :

-Techniques de dépôt par voie physique : pulvérisation cathodique, ablation laser pulsé, épitaxie par jets moléculaires…

-Techniques de dépôt par voie chimique : dépôts en phase vapeur, dépôts en solution...

- La mesure du vide – Les jauges à vide.

- La fabrication de nano-objets : approches top-down et bottom-up.

- Synthèse d’oxydes et de métaux nanostructurés : agents de stabilisation et contrôle de la dimensionnalité

- Techniques de caractérisation de la taille des cristallites (Diffraction de Rayons X, Microscopie Electronique à Transmission (TEM) et Diffusion Dynamique de la Lumière (DLS)).

- Techniques de simulation à l’échelle atomique : Théorie de la fonctionnelle de la Densité, Dynamique Moléculaire et Monte-Carlo.  

- Calcul de  la structure électronique des nanomatériaux.

- Les Codes de simulation des nanomatériaux.

Pré-requis : Bases de chimie inorganique, bases de chimie du solide. Il est recommandé mais pas indispensable d’avoir suivi les modules sur les classes des matériaux en L3 et M1.
Volume horaire : 16h C/4h TD
Responsable : François MEAR

• Objectifs pédagogiques

Ce module a pour objectif d’étudier les matériaux vitreux destinés à des applications innovantes en lien avec l’énergie.

 

• Connaissances et compétences acquises

Connaissances : chimie du verre, propriétés et applications dans les domaines de l’énergie

Compétences : savoir analyser des problématiques matériaux, savoir définir les propriétés en fonction des critères d’utilisation, relier les concepts de science des matériaux et de chimie des solides à des cas d’étude concrets.

 

 

Programme

 

Matériaux vitreux pour l’Energie (enseignants F. Méar & L. Montagne)

Ce module sera composé de 5 parties :

Pour chaque cas correspondant à une application particulière liée à l’énergie, il sera étudié les propriétés (optiques, mécaniques, chimiques) requises ainsi que les recherches associées.

Verres pour l’énergie solaire (propriétés optiques)
Fibres de verres pour l’énergie éolienne (propriétés mécaniques)
Verres pour le stockage des déchets nucléaires (durabilité chimique)
Verres pour scellements dans les piles à combustibles (propriétés thermiques).
Vitrocéramiques : étude de la cristallisation des verres

Une cristallisation partielle et contrôlée confère au verre initial de nouvelles propriétés. Nous verrons au travers de cette 5ème partie, comment contrôler la cristallisation, la texture et la morphologie des cristaux,  en déterminer le taux, … et quelles sont les applications associées. L’utilisation des diagrammes d’équilibre permettra de prédire les phases cristallisées ainsi formées.

 

Pré-requis : Pré requis: Bases de chimie inorganique, bases de chimie du solide, bases sur les matériaux Conseillé : Connaissances des méthodes de caractérisation des solides inorganiques (UE Techniques d’études des solides du M1 Chimie Lille1 ou équivalent).
Volume horaire : 20H CTD
Responsable : Sylvie DAVIERO-MINAUD

• Objectifs pédagogiques :

Ce module a été conçu pour permettre à l’étudiant d’appréhender les enjeux technologiques associés aux matériaux pour le développement des énergies nouvelles et montrer comment la chimie du solide est au service de l’innovation technologique. L’objectif est la compréhension des concepts de la chimie du solide pour concevoir et développer des matériaux nouveaux avec des propriétés physiques déterminées en  fonction des applications recherchées.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances : 1- Connaitre les protocoles opératoires des grandes voies de synthèse des matériaux inorganiques, utilisés dans le domaine de l’énergie.2- Connaitre et comprendre les enjeux technologiques et stratégiques du développement de nouveaux matériaux pour les technologies des énergies nouvelles.

Compétences : 1-Capacité à comprendre les relations structure/propriétés physiques dans le cas des matériaux pour l’énergie. 2- capacité à savoir appliquer les concepts de chimie des solides à des cas concrets. 3- capacité à mener une veille technologique et rédiger d’un travail de synthèse.

 

Programme

 

Détail des contenus et notions principales :

-Les matériaux pour les énergies du futur: contexte, verrous technologiques, applications

- Concepts de la chimie du solide : coordinances, stabilités, structures et transformations structurales, les défauts, substitution, dopages

-Phénomènes de transport dans la matière : diffusion, transport de charges

- Relations Structure/propriétés physiques : Conducteurs ioniques, conducteurs/isolants électroniques, Supraconducteurs, Thermoélectriques, Piézoélectriques, Ferroélectriques, Propriétés magnétiques, Luminescence

- Méthodes de synthèses : « classiques Hautes T°», céramique, hydrothermales, atmosphères contrôlées croissance cristalline et « Nouvelles basses T° » chimie douce, transformations topotactiques, en solutions, en liquides ioniques…  

- Applications technologiques: génération d'énergie (énergies solaires photovoltaïque, thermoélectricité…), stockage et transport (Vecteur Hydrogène, Batteries, Supercapacités, Piles à combustibles…)

Pré-requis : Pré requis: Connaissances de physique de licence, bases de chimie inorganique, bases de chimie du solide, bases sur les matériaux. Conseillé : Connaissances des méthodes de caractérisation des solides inorganiques (UE Techniques d’études des solides du M1 Chimie Lille1 ou équivalent).
Volume horaire : 20H CTD/3H TP
Responsable : Frédérick ROUSSEL

• Objectifs pédagogiques :

Ce module a été conçu pour permettre à l’étudiant(e) d’acquérir des  connaissances sur les principales propriétés physiques, et leurs techniques de caractérisations associées, de matériaux en développement pour les énergies nouvelles. L’objectif est la compréhension de ces techniques, pour savoir choisir celles qui seront les plus pertinentes, en fonction des propriétés physiques à mettre en évidence pour les applications recherchées. Ces caractérisations sont essentielles pour le développement et l’optimisation de nouveaux matériaux.

• Connaissances et compétences acquises :

1-Connaitre les principales méthodes de caractérisations associées aux propriétés physiques des matériaux inorganiques utilisés dans le domaine de l’énergie

2-Savoir choisir la technique la plus adaptée aux propriétés physiques à étudier.

3- Savoir traiter les informations obtenues par ces caractérisations, pour en retirer les valeurs clés caractéristiques.

4- capacité à étudier et présenter des résultats expérimentaux.

 

 

Programme

 

1- Généralités sur les matériaux conducteurs et semi-conducteurs:

Propriétés électriques (ioniques et électroniques), mesures de Résistances, Thermoélectricité, effet Seebeck-Thompson, application à la conversion d'énergie

2- Matériaux diélectriques: influence de la micro/nanostructure, Permittivité, Impédance, capacité, mesures diélectriques, Ferroélectricité/pyroélectricité, cycles d'hystérésis - exemple des céramiques PZT – capteurs, Piézoélectricité couplage électromécanique - spectroscopie d'impédance.

3- Propriétés Optiques et électrooptiques : Biréfringence, effets Kerr et Pockels - modulation acousto-optique - effets non linéaires ; Luminescence: principe des LED/OLED - quantum dots - spectroscopie optique ; Conversion photovoltaïque de l'énergie lumineuse

4- Propriétés magnétiques : Magnétisme, hystérésis magnétique ; matériaux magnétiques doux et aimants permanents, mesures statiques, basses & hautes fréquences, VSM, SQUID ; Magnétorésistance géante: application au stockage de données numériques

Pré-requis : Modules de licence et de M1 de chimie inorganique et sur les matériaux (UE parcours matériaux du M1 S2 ou équivalent).
Volume horaire : 8h C/ 4h TD/6h conférence / 26h visite site industriel
Responsable : Sylvie Daviero-Minaud

• Objectifs pédagogiques :

- Maitriser les concepts et connaitre les normes et certifications qui régulent les domaines du recyclage, de l’éco-conception et de la valorisation. - Savoir utiliser de façon critique les outils et les méthodes d’évaluation (Analyse de Cycle de Vie, Fiches de Déclarations Environnementales et Sanitaires…) du domaine. - Acquérir les bases de l’éco-conception et de la démarche Haute Qualité Environnementale et mettre en pratique ces concepts sur un produit particulier. - Connaître les principales filières de recyclage et de valorisation des déchets en général et des déchets reliées à la chimie en particulier.

• Connaissances et compétences acquises :

Connaissances :

1-problématique des déchets (réglementation, filières de traitement classique des déchets ménagers et des filières propres à la chimie) ; 2- savoir utiliser de façon critique les outils du domaine (ACV, FDSE…) sur une problématique particulière ; 3- connaître les concepts d’HQE et d’éco-conception.

 

Compétences (1 à 4):

1-Traiter une problématique « déchet » en utilisant les différents outils du domaine, 2- proposer des solutions de valorisation de déchets dans le secteur de la chimie, 3- adapter les concepts HQE et d’éco-conception sur un projet particulier, 4- connaître les filières de valorisation des principaux déchets.

Programme

 

• Problématiques des déchets : (i) réglementation et filières de traitement : types de déchets, traitement par stockage, incinération et méthanisation, les grands organismes et entreprises du domaine ; (ii) gestion des déchets par les collectivités (int ext SYMEDENE) : présentation de la SYMEDENE, cadre législatif, financement, cas concret du verre. (9 h C+ 5 h TP)
• Les méthodes et concepts : (i) l’analyse de cycle de vie (ACV) : introduction à l’ACV, méthodologie, impact environnemental des étapes de fabrication, d’utilisation et d’élimination, paramètres importants dans l’évaluation du cycle de vie d’un matériau. Etudes de cas ; (ii) l’éco-conception (int ext Act-Environnement) : contexte, pollution intérieure, les outils (ACV, FDSE, HQE), dette environnementale, approche du bilan carbone, application sur un produit particulier. (14 h C)
• Valorisation et Recyclage des déchets : (i) valorisation des déchets du BTP, (ii) recyclage des matériaux électriques et électroniques, (iii) cas particulier du recyclage des terres rares. (8 h C) 
• Cas d’étude : les phosphates : aspects industriels, problèmes environnementaux (le phospho-gypse, l’eutrophisation), recyclage et valorisation. (4h C)

Pré-requis : L’ensemble des UE de la formation
Responsable : Sylvie Daviero-Minaud

• Objectifs pédagogiques :

Le projet doit permettre à l’étudiant de découvrir  le monde de l’entreprise ou de la recherche, selon le thème du stage qu’il aura choisi. Il lui permettra de mettre en application ses connaissances, d’acquérir de nouvelles compétences professionnelles, de développer des contacts humains et relationnels et de découvrir le milieu socio-professionnel et économique auquel il se destine.

• Connaissances et compétences acquises :

 Savoir se présenter (CV, lettre de motivation…) et mener sa recherche de projet.

 Apprentissage de la méthodologie de conduite de projet (travail individuel et en groupe, gestion du temps de travail, respect des délais, …).

 Savoir mettre à profit ses connaissances académiques au service d’un projet de recherche en laboratoire académique ou de recherche développement.

 Avoir une connaissance accrue de l’entreprise ou du laboratoire de recherche (contraintes techniques, modes de fonctionnements, sécurité…)

 Avoir une connaissance d'une thématique de recherche liée au sujet du stage et savoir proposer des perspectives

 Savoir présenter et analyser des résultats obtenus sous forme de rapport écrit et faire une défense orale devant un public averti.

 Apprentissage de l’autonomie et de la polyvalence.

 

Programme

 

Durée : de 4 à 6 mois, le projet peut être réalisé en entreprise ou dans un laboratoire de recherche académique ou industriel, selon l’orientation choisie.

Il peut s’effectuer à l’étranger.