Programme des cours 2023-2024
| BCHV3040-1 | |||||
| Polymères, Polymères | |||||
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Durée :
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| 24h Th | |||||
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Nombre de crédits :
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Nom du professeur :
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| Philippe BAYARD, Vincent POURCELLE | |||||
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Coordinateur(s) :
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| Philippe BAYARD | |||||
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Langue(s) de l'unité d'enseignement :
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| Langue française | |||||
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Organisation et évaluation :
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| Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier | |||||
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Unités d'enseignement prérequises et corequises :
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| Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme | |||||
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Contenus de l'unité d'enseignement :
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| 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 |
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Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement :
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1. Compétence(s) - Capacité(s) :
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Savoirs et compétences prérequis :
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Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride) :
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| 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. | |||||
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Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
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Support(s):
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Modalités d'évaluation et critères :
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| 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." |
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Stage(s) :
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Remarques organisationnelles :
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Contacts :
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