Programme des cours 2023-2024
BCHV3040-1  
Polymères, Polymères
Durée :
24h Th
Nombre de crédits :
Bachelier en chimie, orientation chimie appliquée2
Nom du professeur :
Philippe BAYARD, Vincent POURCELLE
Coordinateur(s) :
Philippe BAYARD
Langue(s) de l'unité d'enseignement :
Langue française
Organisation et évaluation :
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement :
Cette Unité d'Enseignement est consacrée aux macromolécules de synthèse et aux principales méthodes permettant de les obtenir. Les aspects physico-chimiques de ces réactions et les propriétés mécaniques des matériaux polymères sont introduites conjointement aux aspects purement synthétiques. Une importante partie du cours est consacrée aux principales méthodes de caractérisations.

Chapitre 1 : Introduction aux matériaux polymères (V. Pourcelle)
Objectifs du cours
    Science des polymères - quelques définitions
    Macromolécules
    Polymères
    Monomères
    Masses molaires et polydispersité
Des polymères aux matériaux
Les matériaux polymères dans la vie de tous les jours
    Notre histoire avec les matériaux polymères
    Les matériaux polymères aujourd'hui
    La question des déchets et les réponses des chimistes
L'industrie des polymères en Belgique  

Chapitre 2 : Polymérisations ioniques (Ph. Bayard)
Polymérisation anionique
    Principaux monomères
    Espèces actives
    Mécanisme de la polymérisation anionique
    Cinétique de la polymérisation anionique
    Polymérisation vivante
    Contrôle de la structure des chaînes
    Copolymères séquencés
Polymérisation cationique
    Principaux monomères
    Amorceurs
    Mécanisme de la polymérisation cationique
    Cinétique de la polymérisation cationique
    Application industrielle : le caoutchouc butyle.

Chapitre 3 : Polymérisation radicalaire (Ph. Bayard)
Principaux polymères
Mécanisme de la polymérisation radicalaire
    Cinétique de la polymérisation radicalaire
    Réactions radicaux-molécules
    Transferts de chaînes, inhibiteur et retardateur
    Degré de polymérisation et chaîne cinétique
Méthodes de polymérisations radicalaires.

Chapitre 4 : Polymérisations coordinatives (Ph. Bayard)
Catalyseurs Ziegler-Natta
    hétérogènes
    supportés
    homogènes
Mécanisme d'amorçage et de propagation
Polymérisation de l'éthylène par le procédé Phillips
Polymérisation des cyclooléfines par métathèse
Principaux types de polymères
    polypropylène isotactique
    polyéthylène
    copolymères éthylène-propylène
    polydiènes.

Chapitre 5. La structure solide des matériaux polymères (V. Pourcelle)
Trois échelles d'étude : moléculaire, macromoléculaire, supramoléculaire
Relation structure-propriété exemple des PE
    Différents types de PE
    Production
    Cycle de vie des PE
    Les différents grades de PE en fonction du mode de polymérisation
    Conformation des chaines de PE
    Organisation supramoléculaire des chaines de PE
    Description du système cristallin du PE
    Conditions de cristallisation
    Etat semi-cristallin des PE
    Cristallinité et propriétés - quelques exemples

Relation structure-propriété : cas des polypropylènes
    Différents types de PP
    Production
    Cycle de vie des PP
    Les différents grades de PP en fonction du mode de polymérisation
    Tacticité : Définition - Stéréorégularité
    Conformation et organisation supramoléculaire des chaines stéréorégulières
    Notion d'hélice
    Système cristallin du iPP
    Système cristallin du sPP
    Structure de l'EPDM
    Cristallinité et propriétés
    Application des différents PP

Chapitre 6 : Compléments sur les structures des polymères à l'état solide (V. Pourcelle)
Chaines tridimensionnelles et polymères réticulés
La stéréoisomérie Z/E dans les élastomères
Les polymères amorphes
Les polymères hautement ordonnés
La cristallisation sous contrainte
Résumé de ce qu'il faut savoir sur la structure solide des polymères  

Chapitre 7 : Méthodes d'analyse des structures (V. Pourcelle)
Une question d'échelle : choix de la méthode en fonction de l'échelle observée
Diffusion, diffraction, spectroscopie : de quoi parle-t-on ?
Principales méthodes de détermination du taux de cristallinité
    Diffraction des rayons X
    DSC
    FT-IR
Principales méthodes de détermination des masses molaires
Exemples d'études de l'ABS par microscopie électronique  

Chapitre 8 : Polycondensations (Ph. Bayard)
Définitions et caractéristiques générales
    Fonctionnalité des monomères
    Principaux polycondensats
Cinétique des polycondensations linéaires
Statistique des polycondensations linéaires
Contrôle des masses moléculaires des polycondensats linéaires.

Chapitre 9 : Comportement thermique des matériaux polymères (V. Pourcelle)
Comportement thermique et utilisations
    Exemple : soufflage des contenants en PET
Description du comportement thermique des zones amorphes
    L'état vitreux
    La transition vitreuse
Fusion des phases cristallines
Méthodes d'analyses thermiques
    Calorimétrie différentielle à balayage
        Principes de fonctionnement
        Interprétation des courbes
        Utilisations de la DSC
    Thermogravimétrie
    Thermomécanique
Applications: bouteilles de PET contenant des liquides alimentaires  

Chapitre 10 : Copolymérisation radicalaire (Ph. Bayard)
Mélanges de polymères et copolymères
Composition des copolymères statistiques radicalaires
Equation de copolymérisation
Rapports de réactivité
Copolymérisation azéotropique
Copolymérisation idéale
Copolymérisations non- idéales
Structure chimique et réactivité des monomères.

Chapitre 11 : Comportement mécanique des matériaux polymères (V. Pourcelle)
Notions d'élasticité et de module
Description de matériaux subissant une traction uniaxiale : le diagramme contrainte-déformation
Les données du diagramme C-D et les comportements mécaniques types
Exemple de tests mécaniques usuels
Tableau de données mécaniques pour les polymères courants
Comment lire la fiche technique d'un polymère
La viscoélasticité : définition
Analyse Mécanique Dynamique (DMA)
Applications de la DMA  

Chapitre 12 : Polymères en solution (V. Pourcelle)
Mise en solution des polymères
Pourquoi la mise en solution d'un polymère est-elle si difficile ?
Comportement et formes des polymères en solution
Les polymères ne se mélangent pas (ou très difficilement) entre eux
La viscosité des solutions polymères et la mesure de la masse molaire
Gel Permeation Chromatography  

Compléments en ligne (non vus en cours)
Quizz sur les structures de polymères usuels
Histoire de la science des polymères (culture générale)
Exercices avec corrections :
Exercice n°1 : Les caoutchoucs EPDM
Exercice n°2 : Caractérisation d'un polytétrafluoroéthylène (PTFE) par Analyse Calorimétrique Différentielle (DSC) et Analyse Mécanique Dynamique (DMA).
Exercice n°3 : Synthèse du poly-3-hexylthiophéne et étude GPC
Exercice n°4 : Les polymères styrèniques

 

 
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement :
1. Compétence(s) - Capacité(s) :
  • C1 - Communiquer et informer CA1.4 -Utiliser le vocabulaire adéquat
  • C3 - S'engager dans une démarche de développement professionnel CA3.2 -S'informer et s'inscrire dans une démarche de formation permanente
  • C5 - Maîtriser les concepts scientifiques CA5.1 -Appliquer les connaissances des sciences fondamentales et utiliser à bon escient le vocabulaire des domaines
  • C7 - Maîtriser les processus industriels CA7.7 - Définir les propriétés des principaux matériaux organiques et inorganiques  
2. Acquis d'apprentissage(s) terminaux visé(s)
  • Aat 01 : préparer d'un point de vue théorique, méthodologique et logistique, en tenant compte des contraintes matérielles et temporelles qui lui sont imposées, les activités techniques qu'il sera amené à mettre en œuvre dans le cadre d'un laboratoire de recherche et de développement.
  • Aat 03 : analyser les méthodes de laboratoire, leur mise en pratique et la pertinence du résultat en mobilisant les concepts scientifiques acquis.
  • Aat 08 : communiquer les données scientifiques théoriques et expérimentales en lien avec les activités dont il est responsable, aussi bien oralement que par écrit, avec les collègues et la hiérarchie.
  3. Acquis d'Appentissage spécifiques
  • Décrire les principales méthodes de polymérisation (polycondensation, polymérisations anionique, cationique, radicalaire et coordinative) d'un point de vue mécanistique et physico-chimique.
  • Ecrire les structures détaillées des principaux polymères ou types de polymères abordés au cours.
  • Décrire les principes et les domaines d'applications des principales méthodes de caractérisations des polymères abordées au cours (détermination des masses moléculaires, méthodes mécaniques et méthodes thermiques).
  • Décrire les propriétés des polymères à l'état solide (polymères amorphes et semi-cristallins).    

 
Savoirs et compétences prérequis :
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride) :
Exposés en présentiel par l'enseignant, si les conditions sanitaires liées à la pandémie de Covid-19 le permettent, sinon, les exposés seront fait en distanciel via le logiciel Teams.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Support(s):
  • Le diaporama et le syllabus du cours théorique sont disponibles sur moodle.
Référence(s):
  • BILLMEYER, F.W. Textbook of Polymer Science, Wiley, 1984
  • MERCIER, J.P. Chimie des Polymères, Traité des matériaux (vol. 13), Presses Romandes
  • FONTANILLE, M. - GNANOU, Y. Chimie et Physico-chimie des Polymères, Dunod, 2004
  • STEVENS, M.P. Polymer Chemistry, Oxford University Press, 1999
Modalités d'évaluation et critères :
Examen écrit à livres fermés et sans formulaire
1ère session - 1er quadrimestre = 100% 2ème session - 3ème quadrimestre = 100%
Le jury décide si un déficit est jugé inacceptable (en fonction de l'importance du déficit, de sa gravité ou du caractère nécessaire ou indispensable des compétences non acquises). Dans l'affirmative, le jury peut définir une note pour l'ensemble de l'UE inférieure à 10/20. Cette note est représentative du niveau de la non acquisition des compétences requises dans l'UE." 
Stage(s) :
Remarques organisationnelles :
Contacts :