M1 Matériaux fonctionnels

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

Loïc Assaud.

Cette UE se déroule en fin de premier semestre sous forme de cours et de TD. Un projet sur la gestion des ressources fait également partie de cet enseignement.

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
L'aspect gestion des ressources est abordé sous forme de projet.

Notions de base en chimie, outils mathématiques.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Costel Petrache Pierre Sénéor Madjid Anane.

Cette UE se déroule au début du premier semestre et est constituée de cours et de TD.

Description quantitative des phénomènes e?lectriques et magnétiques dans le vide et dans les milieux. Consolider les connaissances d'e?lectromagne?tisme pour faciliter la compréhension des méthodes d'analyse des matériaux.
Interaction e?lectrostatique, champ et potentiel e?lectrostatique, the?orème de Gauss, énergie e?lectrostatique, équations locales de l'e?lectrostatique, proprie?te?s des conducteurs, courants quasistationnaires, champ et force magne?tique, loi de Laplace, champ magne?tique cre?é par des courants permanents, the?orème d'Ampère, équations locales de la magne?tostatique, travail des forces magne?tiques, phe?nomènes d'induction e?lectromagne?tique, équations de Maxwell, ondes électromagnétiques dans le vide. Milieux diélectriques. Milieux aimantés.

Notions de base en physique, outils mathématiques.

J.P. Faroux, J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996 J.P. Faroux, J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998 J. Perez-Y-Jorba, Electromagnétisme, 3ème édition, Masson, 1997 E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, 1973 R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, Cours de physique (version française), InterEditions, Paris, 1977 C. Garing, Ondes électromagnétiques dans les milieux diélectriques, Ellipses, Paris, 1998.

Septembre - Octobre.

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

Armelle Girard.

Cette UE vient à la suite de l'UE "Structure des solides : cristallographie-diffraction X" et se déroule sous forme de cours et de TD, complétés par une séance de TP.

Cette unité d'enseignement vise à comprendre le fonctionnement d’un microscope électronique en transmission que ce soit en mode image ou en mode diffraction. Dans ce dernier cas, nous chercherons à établir des liens entre les différentes présentations faites aux étudiants du réseau réciproque (physique du solide, diffraction X, diffraction électronique). Les cours dispensés, associés à des travaux dirigés, traitent de l’analyse cristallographique de différents matériaux (nanoparticules ou alliages métalliques) et des techniques de microscopie électronique associées à ces études (imagerie champ clair, champ sombre, HAADF, mode STEM, haute résolution et diffraction X). Les outils mathématiques indispensables (transformée de Fourier) sont rappelés et mis en œuvre au travers d’exercices.
Cet enseignement théorique est complété par un TP : réalisation d’un microscope sur banc optique ou nous manipulons aussi bien l’espace direct (objet) que l’espace réciproque (diffraction) ce qui permet de comprendre la relation étroite reliant l’espace réel et l’espace de Fourier.

Notions de base en physique, notions de base en algèbre linéaire.

Microscopie électronique en transmission. Transmission conventionnelle et balayage en transmission Auteur(s) : François LOUCHET, Jean-Louis VERGER-GAUGRY, Jany THIBAULT-DESSEAUX, Pierre GUYOT Techniques de l’ingénieur, 1988, P875 V1

Diffraction dans les métaux et alliages. Interaction particules-matière Auteur(s) : Bernard JOUFFREY, Richard A. PORTIER Techniques de l’ingénieur, 2007, M4125 V1

Diffraction dans les métaux et alliages : conditions de diffraction Auteur(s) : Bernard JOUFFREY, Richard A. PORTIER Techniques de l’ingénieur, 2007, M4126 V1

Etude des métaux par microscopie

Novembre - Décembre.

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

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

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).

Christian Hill, Learning Scientific Programming with Python, Cambridge University Press (2016).

Octobre - Novembre - Décembre.

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

Alberto Zobelli Michele Amato.

Cette UE est constituée de cours et de TP.

Cette UE se veut être une présentation des bases de la simulation numérique pour la science des matériaux. L’outil de travail sera le langage de programmation Python et l’enseignement combinera cours et travaux pratique sur ordinateur. Dans la première partie, l’outil numérique sera utilisé pour le calcul de quantités de physique des solides (capacité thermique, constante de Madelung…). Dans une seconde partie, les méthodes de dynamique moléculaire et de simulation Monte Carlo seront présentées et appliquées à des problèmes de la science de matériaux (optimisation structurale, calcul de quantités thermodynamiques...).

Notions de base en programmation informatique (langage Python) et en physique, outils mathématiques.

Richard Lesar, Introduction to computational materials science, Cambridge University Press (2013) Dierk Raabe, Computational Materials Science, Wiley (1998).

Janvier - Février.

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

Denis Solas Laurent Daniel.

Cette UE est constituée de cours et de TD.

Cette unité d'enseignement doit permettre aux étudiants de comprendre comment l’étude de la microstructure d’un matériau peut souvent permettre de comprendre sa réponse à des sollicitations extérieures, qu’elles soient mécaniques, magnétiques, électriques ou thermiques. Cette compréhension des mécanismes physiques locaux permet souvent de mieux décrire quantitativement le comportement macroscopique. Le cours s’intéressera au comportement mécanique, ferroélectrique et ferromagnétique. La description des principaux mécanismes d’endommagement et de fatigue sera aussi abordée. A l’issue de ce module, on attend que les étudiants soient familiarisés avec la notion de lois de comportement, y compris lorsque les matériaux sont soumis à des sollicitations multiphysiques.

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

Mécanique des matériaux solides, J. Lemaitre et J. L. Chaboche, Dunod. Des matériaux, J. P. Baïlon et J. M. Dorlot, Presses Internationales Polytechnique. Matériaux - Ingénierie, science, procédé et conception, M. F. Ashby, H. Shercliff et D. Cebon, PPUR. Matériaux vol. 1 - Propriétés, applications et conception, M. F. Ashby et D. R. H. Jones, Dunod. Matériaux vol. 2 - Microstructures et procédés de mise en oeuvre, M. F. Ashby et D. R. H. Jones, Dunod.

Janvier - Février.

ORSAY

Matthieu Lancry Andres Santander-Syro.

Cette UE est constituée de deux blocs de cours et de TD.

Cette UE vise d'une part à faire une présentation générale des processus d'interaction rayonnement-matière et d'autre part à expliquer les propriétés spectroscopiques en relation avec les descriptions des atomes, des molécules, et de la matière en général. Après une introduction présentant l'intérêt fondamental et applicatif, le contexte industriel et des généralités concernant les interactions entre rayonnement et matière, l'UE sera divisée en deux grandes parties :
PARTIE I – Spectroscopies optiques
Fondements des spectroscopies optiques. 
Principes, technologies et applications industrielles des spectroscopies optiques
Effets de polarisation : dichroïsme linéaire et circulaire et polarisation de photoluminescence 
PARTIE II - Spectroscopies électroniques
Principes de la photoémission
Fondements et applications de la Spectroscopie de Photoémission par Rayons X et UV (XPS, UPS) et des spectroscopies apparentées (Auger, Fluorescence X)
Analyse chimique des surfaces
Introduction à la photoémission résolue en angle (ARPES) : étude de la structure de bandes des matériaux.

Notions de base en physique, en optique et en spectroscopie, outils mathématiques.

Physique atomique et spectroscopie optique, M. Moisan, D. Kéroack, L. Stafford, EDP Sciences, 2016 Spectrométrie optique, P. Bouchareine, Techniques de l'Ingénieur, 1994 Spectroscopie dans l'infrarouge, M. Dalibart, L. Servant, 2000 Spectrométrie Raman, J. Barbillat, D. Bougeard, G. Buntinx, M. Delhaye, P. Dhamelincourt, F. Fillaux, 1999.

Janvier - Février.

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

Jérôme Creuze Philippe Lecoeur.

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.

Non pertinent.

Non pertinent.

Mars - Avril - Mai - Juin - Juillet.

ORSAY

L'ensemble de l'équipe pédagogique est mise à contribution.

Cette UE se déroule sous forme de projet en petits groupes mêlant recherche bibliographique et réalisation d'une expérience en relation avec les thèmes proposés. Les expériences pourront être faites en laboratoire, à l'initiative des étudiants. Le choix des thèmes se fera en tout début d'année pour que le projet puisse être mené jusqu'au départ en stage. Des points de suivi d'avancement des projets réguliers seront mis en place avec l'équipe pédagogique.

Cette UE vise à mettre en perspective l'ensemble des notions abordées tout au long de l'année de Master sur l'un des thèmes suivants :
- les nouveaux designs de matériaux ;
- l'acquisition et le traitement massif de données ;
- les matériaux bio-inspirés ;
- les méta-matériaux ;
- les matériaux et la gestion du patrimoine.

Notions de base en physique et en chimie.

Non pertinent.

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

ORSAY

Ariane Deniset Yuwei Lu Nicolas Vernier.

Cette UE est constituée de trois séances.

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 - Mars.

ORSAY