M1 Energie - Matériaux

Gina La Rocca-Renaudin Philippe Jumel.

Les cours d'anglais sont dispensés de manière régulière à hauteur de 3h/semaine au cours du premier semestre. Les étudiant-e-s sont réparti-e-s en fonction de leur niveau à l'entrée du Master.

Poursuivre l'acquisition des bases linguistiques en langue anglaise et développer les capacités des étudiant-e-s à communiquer oralement et à l'écrit dans cette langue.

Pas de pré-requis.

Non pertinent.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Patrick Schembri.

Le module de formation comprend un cours structuré autour des trois temps évoqués ci-dessus et des séances de travaux dirigés centrées sur quatre thématiques :  -Le cours (3 chapitres) oChapitre 1 Le poids de l’énergie dans l’économie oChapitre 2 Fondements et outils de la politique énergétique oChapitre 3 La relation énergie-climat : quelles transitions énergétiques pour un réchauffement global à 1,5°C ? -Les travaux dirigés (4 thématiques autour de la transition énergétique actuelle) oTD 1 Faut-il attendre d’être « riche » pour se préoccuper de l’environnement ? Le rôle de l’énergie dans le découplage croissance-environnement. oTD 2 Quelle électricité pour demain ? Les enjeux autour d’un vecteur énergétique oTD 3 Scénarios énergétiques et agenda climatique : construction et simulation oTD 4 L’économie hydrogène : le pari du Japon.

Ce module de formation a pour objet d’initier l’étudiant aux grandes questions économiques en lien avec l’énergie. Il s’agit d’opérer un travail de compréhension quant aux transformations récentes observées dans le secteur de l’énergie. Ce module vise également à traiter des enjeux socio-économiques de la transition énergétique actuelle.
Le premier temps traite du « poids » de l’énergie dans l’économie. Il s’agira de présenter les principales relations entre l’économie et l’énergie, l’offre et de la demande d’énergie et l’évolution historique des bilans énergétiques. Le second temps présente les fondements et outils de la politique énergétique, les grands principes de la régulation des marchés de l’énergie et les spécificités de diverses formes d’énergie : les énergies fossiles, le nucléaire, les énergies dites renouvelables et l’électricité. Le troisième temps renvoie à la relation énergie-climat. Ce temps est consacré à l’étude des principaux facteurs explicatifs des trajectoires d’émissions de dioxyde de carbone et à la construction des scénarios énergétiques. Les enjeux de la transition énergétique et de l’économie de l’hydrogène sont abordés.

Intérêt pour les questions économiques en lien avec l’énergie Capacité de lecture en anglais Capacité de rédaction, de synthèse.

Economie de l’énergie, Hansen J-P. & Percebois J., de Boeck sup., 2010 Transition énergétique : les vrais choix, Chevalier J-M., Cruciani M. & Geoffron P., Édition O. Jacob, 2013 Les enjeux de l’énergie après Fukushima, Iacona E., Taine J. & Tamain B., Editions Dunod, 2012 Or noir : la grande histoire du pétrole, Ozanneau M., Editions La découverte, 2016 Hyrogène : la transition énergétique en marche, Franc P-E. & Mateo P., Editions Manifestô, 2015.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Catherine Even.

Comprendre les mécanismes du système climatique : bilan radiatif de la Terre ; rôles respectifs de l’atmosphère et des océans dans le climat
Sur la crise climatique en cours : connaître le constat, les causes, et les prédictions pour le futur
Discuter des enjeux sociétaux liés au changement climatique ; faire le lien avec les enjeux énergétiques
1. Introduction : notion de climat ; le système climatique
2. Les climats du passé
3. Bilan énergétique de la Terre
4. Atmosphère et climat ; effet de serre
5. Océan et climat
6. Observations et modèles
7. Le changement climatique actuel
8. Conclusion ; lien avec les questions énergétiques.

Thermodynamique, mécanique des fluides, électromagnétisme.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Enseignement à distance.

Le scénario de l’accord de Paris, préconisant de mettre en oeuvre les moyens d’adaptation et d’atténuation de l’impact des effets du changement climatique induit par les émissions de gaz à effet de serre, est utilisé comme schéma référent pour ce MOOC.
Compte tenu du public ciblé le MOOC sera réalisé en anglais et des sous-titrages anglais et français des vidéos de cours seront proposés pour la première édition. Le MOOC sera considéré comme un succès s’il atteint le nombre de dix mille participants au niveau mondial, une forte contribution au sein des pays acteurs de la transition énergétique est escomptée notamment au niveau européen mais pas uniquement.
Le projet est intitulé « MOOC Energy transition: innovation towards a low carbon future ».
Le contenu de ce MOOC n’est pas exhaustif de l’ensemble de la problématique de la transition énergétique mais il se veut représentatif des domaines de compétence de l’école pour les centres: l’objectif du MOOC étant d’attirer de jeunes talents dans ces différents programmes.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

Philippe Lecoeur.

Cette UE se déroule sur l'ensemble de la période du premier semestre et est constituée de cours et de TD.

Cette UE, transverse aux enseignements dispensés au premier semestre, vise à établir les liens entre les différents domaines des matériaux, permettant aux étudiants d'acquérir une culture matériaux indispensable dans ce domaine pluridisciplinaire.
Les différents cours dispensés, associés à des travaux dirigés, traitent des propriétés des matériaux et des moyens associés pour les mesurer, permettant de remonter aux grandeurs physiques pertinentes (conductivité électrique et thermique pour un métal, comportement en température de la résistivité des semi-conducteurs en fonction du dopage, propriétés optiques des matériaux...). Pour chaque cours, les outils mathématiques indispensables au domaine sont rappelés et mis en œuvre au travers d’exercices.

Notions de base en physique et en chimie, outils mathématiques.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Philippe Roger Hanène Salmi.

Propriétés des matériaux polymères, leurs propriétés et le lien avec les procédés.
1- Définitions (masses molaires, architectures, compositions, sources)
2- Synthèses (polycondensations, polymérisation en chaine)
3- Structures (configurations, conformations, interactions, organisations)
4- Propriétés (thermiques, mécaniques, spécifiques)
5- Procédés de polymérisation et mise en forme.

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Michele Amato Ariane Deniset.

Cette UE est constituée d'un bloc théorique avec cours et TD, complété par un TP sur plateforme de recherche de l'UE "Travaux pratiques sur plateformes instrumentales".

Les nanosciences et nanotechonologies reposent sur le comportement de la matière aux petites échelles. Sur la base d'une partie théorique, cet unité d'enseignement permet d'aborder les états électroniques et les propriétés optiques associées des nanomatériaux.
Cet enseignement théorique est complété par une partie expérimentale sur plateforme destinée à observer des surfaces par microcopie à force atomique (AFM).

Notions de base en physique, outils mathématiques.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Olivier Plantevin, Université Paris-Saclay, olivier.plantevin@universite-paris-saclay.fr.

Objectifs: L’énergie est l’un des problèmes contemporains majeurs qui fait appel à la physique. Ce module a pour but d’apporter une vision globale des différentes sources d’énergie ainsi que de donner quelques outils de physique nécessaires pour appréhender les ordres de grandeur et limitations des différents systèmes de conversion d’énergie.

Contenu:
• Introduction à la problématique générale
• La thermodynamique, la conversion de l’énergie et l’efficacité
• Machines thermiques et combustibles fossiles
• Energie nucléaire : fission et fusion nucléaires
• Energie renouvelable : photovoltaïque
• Energies renouvelables : éolien, hydro-électrique.
• Conversion electrochimique : Hydrogène et Piles à combustibles
• Stockage de l’énergie et nouveaux matériaux.

Physique généraliste niveau Licence.

Bent Sorensen, Renewable Energy Focus Handbook, Elsevier (2009).

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Loïc Assaud, Université Paris-Saclay, loic.assaud@universite-paris-saclay.fr.

Cette UE se déroule en fin de premier semestre sous forme de cours, TD et projet.

Initiation au concept de développement durable.
Ce cours est structuré par deux aspects importants des relations entre environnement et énergie : pollution et ressources renouvelables. Une partie du cours est donc dédiée à la pollution inhérente à toute source d'énergie et aux moyens de les réduire, de les traiter, voire de les transformer en nouvelles ressources.
Les points sont abordés suivant le plan suivant:
- Impacts environnementaux en termes de pollution et d'utilisation des ressources énergétiques
- Matériaux durables. Energies renouvelables. Economie d’énergie.
- Les indicateurs du développement durable: méthodes bilan carbone, empreinte écologique, ACV.

Notions de base en chimie, outils mathématiques.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Andres Santander-Syro Marie-Pierre Gaigeot.

Cette UE est traité en fin de premier semestre et permet de mettre en lien un certain nombre de notions abordées dans les UE connexes "Electromagnétisme, magnétisme et matériaux", "Structure des solides : cristallographie-diffraction X" et "Structure des solides : microscopie électronique".

Comprendre et décrire la structure périodique des solides et les propriétés électroniques des bandes. Introduction aux calculs modernes, aux méthodes expérimentales modernes, et aperçus des matériaux et enjeux de la recherche actuelle en physique et ingénierie des Matériaux pour l’électronique.

Contenu du cours :
• Introduction-Motivations à la Physique des Solides
• Atomes et réseaux périodiques
• Influence du potentiel périodique sur les électrons – origine des bandes
• Electrons dans les solides
• Structure électronique de bandes, calculs modernes
• Aperçu des matériaux du futur et enjeux de la recherche autour des matériaux.

Notions de base en physique, outils mathématiques.

The Oxford solid state basics, S.H. Simon, Oxford University press (Marie-Pierre l’a également suggéré) Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel, Wiley Solid State Physics, Aschfrot & Mermin, Brooks/Cole Editors (EDP Sciences pour l’édition en Français).

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Nita Dragoe Loreynne Pinsard-Gaudart.

Cette UE est abordée en début de premier semestre et les notions vues en cours sont approfondies en TD et mises en pratique lors d'une séance de TP.

Ce cours a pour objectif l'initiation à la caractérisation structurale des solides organisés par l'utilisation de techniques de diffraction de rayons X.

Après une introduction à la cristallographie "géométrique", la description de la symétrie périodique est revue avec principalement la compréhension des notions de classe cristalline, les notations de groupe d'espace, symétrie de site, espace réciproque, sphère d'Ewald.
La détermination de la structure cristalline par diffraction X est abordée avec un descriptif des techniques expérimentales courantes. Le TP comportera une acquisition de données de diffraction X sur poudres et son « indexation ».

Notions de base en algèbre linéaire.

M. van Meerssche, J. Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, éd Peeters, Leuven, 1984 J. Als-Nielsen, D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley and sons, New York, 2004 G. Burns, M. Glazer, Space groups for solid state scientists, Academic Press, 2013.

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Jean-Marc Joubert Maylise Nastar Thomas Schuler.

Cette UE est constituée de deux blocs, un premier traitant des alliages à l'équilibre thermodynamique, le second des alliages en situation hors d'équilibre thermodynamique. Pour cette dernière, un TP numérique permet de présenter une des techniques développées à l'échelle atomique pour étudier les phénomènes de diffusion de matière, à savoir les simulations Monte Carlo cinétiques.

Cette UE se divise en deux grandes parties.
La première permet de se former à la lecture des digrammes de phases binaires et ternaires. Les fonctions thermodynamiques liées à la stabilité des différentes phases sont étudiées. On voit comment un diagramme de phases peut être calculé grâce à ces fonctions thermodynamiques et, enfin, comment, inversement, on peut modéliser un diagramme de phases ce qui permet la constitution de bases de données thermodynamiques (méthode Calphad). L'application de ces bases de données au développement de matériaux est également décrite.
La seconde vise à donner des bases de compréhension des phénomènes de transport de matière dans les solides qui sont à l’origine du vieillissement, des transformations de phase et de la réaction d’un système à un environnement extérieur. L’accent est mis sur les changements d’échelle pour lier les approches phénoménologiques à l’échelle macroscopique et les mécanismes de diffusion à l’échelle atomique. Les simulations numériques Monte Carlo à l’échelle atomique sont également présentées lors d’une séance de TP informatique. Les exemples traités dans le cours concernent les métaux, mais les mécanismes élémentaires et les méthodes présentées sont adaptables à d’autres classes de matériaux.

Notions de base en chimie, chimie du solide, thermodynamique chimique, outils mathématiques (équations différentielles, transformées de Fourier, loi binomiale).

Partie 1 : H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Computational Thermodynamics, the Calphad Method, Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo (2007). J. Philibert, A. Vignes, Y. Bréchet, P. Combrade, Métallurgie : du minerai au matériaux, Masson, Paris, Milan, Barcelone (1998).

Partie 2 : J. Philibert, dans « diffusion et transport de matière dans les solides », les éditions de physique, (1990). Bernard Diu, Danielle Lederer, Bernard Roulet, dans "Physique statistique", Edition Hermann, (1996). David Porter and K. E. Easterling, in

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Loïc Assaud Sylvain Franger Intervenants extérieurs.

Ce module intègre un certain nombre de conférences, visites de laboratoires et visites d'installations scientifiques.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Michele Amato Alberto Zobelli.

Cette UE se déroule tout au long du premier semestre à raison d'une heure de cours et de deux heures de TP par semaine.

Cette UE vise donner les bases des méthodes numériques pour résoudre des problèmes de mathématiques, physique et sciences des matériaux. Ce travail se ferra en langage Python ; des cours dédiés permettent d'aborder les aspects fondamentaux qui sont ensuite mis en pratique au travers d'exemples concrets lors des séances de travaux pratique sur machines. Dans la première partie, les structures générales de la programmations (boucles, opérateurs logiques, structures des tableaux, fonctions…) serons abordées. Dans la seconde partie, on considérera les librairies les plus communes pour le calcul scientifique et la visualisation des données (math, numpy, scipy, matplotlib).

Outils mathématiques (analyse et algèbre linéaire).

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Loïc Assaud Sylvain Franger.

Ce projet, par groupe de 5 à 6 étudiants, vise à imaginer des solutions innovantes et durables pour les mobilités de demain. En particulier, l'aéroport du futur sera pris comme un objet d'étude.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars - Avril - Mai - Juin.

ORSAY

Raphaël Haumont.

Cette UE est constituée de cours et de TD, complétés par la réalisation d'un projet bibliographique à mener en groupe.

Cette UE vise à donner les bases de la chimie du solide, mais aussi à introduire la notion de relation structure-propriétés en se basant sur des exemples actuels qui conduisent au développement de nouvelles applications. Elle se déroule selon le plan suivant :
- Etat solide, cohésion et liaison
- Le cristal réel
- Structure-propriétés : matériaux fonctionnels.

Notions de base en chimie et en thermodynamique, outils mathématiques.

Chimie des solides, J. F. Marucco, EDP Sciences.

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Sylvain Franger Ludovic Legrand Loïc Assaud.

Objectifs:
Donner les bases de l’électrochimie appliquée à la corrosion et au stockage de l’énergie.

Contenu:
Thermodynamique de l’oxydo-réduction
Cinétique électrochimique
Corrosion des métaux et alliages
Stockage de l’énergie, batteries et condensateurs.

Thermodynamique chimique Cinétique chimique.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Ariane Deniset Yuwei Lu Nicolas Vernier.

Cette UE permet d'acquérir des compétences expérimentales par la mise en oeuvre des connaissances acquises dans les autres UE en bénéficiant de l'accès à des appareils de plateformes de recherche. Les travaux pratiques proposés portent sur deux aspects de la science des matériaux :
- la caractérisation : microscopies à force atomique et électronique à balayage, transport électronique ;
- les dispositifs : piles à combustible.

Notions de base en physique et en chimie, outils mathématiques.

Février.

ORSAY

Loïc Assaud.

A partir de le rentrée, sensibilisation régulière à la recherche de stage via des réunions et des entretiens personnalisés. Le stage peut débuter dès le mois de mars et s'étendre jusqu'au mois de juillet inclus.

Un stage d'une durée de 2 mois minimum est obligatoire afin de valider l'année de Master. Ce stage peut se dérouler en laboratoire de recherche académique ou en entreprise. Il vise une mise en situation sur un sujet en lien avec les matériaux.A partir de le rentrée, sensibilisation régulière à la recherche de stage via des réunions et des entretiens personnalisés. Le stage peut débuter dès le mois de mars et s'étendre jusqu'au mois de juillet inclus.

Mars - Avril - Mai - Juin.

ORSAY

Tiberiu Minea Philippe Lecoeur.

Cette UE est constitué d'une partie théorique, cours et TD, complétée pat une séance de TP en salle blanche.

Cette UE introduit les concepts fondamentaux pour comprendre la croissance des couches minces et les procédés afférents. Après la définition des concepts (surface, interface, monocouche, épitaxie, substrat, adsorption etc.), les deux principales catégories de procédés de croissance de couches minces sont présentées : chimique et physiques à partir des vapeurs. Les similitudes et les différences entre différents procédés sont présentées et discutées. A titre d’exemple, le dépôt de couches minces par évaporation est détaillé jusqu'à estimer la vitesse de dépôt du film. A tire de comparaison, un autre procédé de la famille des dépôts physiques en phase vapeur (PVD) est introduit, la pulvérisation cathodique.

Notions de base en physique et en chimie, outils mathématiques.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY