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Sciences et ingénierie des matériaux

Conception de Matériaux Fonctionnels

Contact : majeuremateriaux@ismans.fr

La CMF…

…pour quoi faire ?

…pour qui ?

…comment ?

La CMF pour quoi faire ?

Dans la majeure de Conception de Matériau Fonctionnel, les étudiants sont initiés aux liens existant entre les propriétés, les compositions chimiques et les structures. Les techniques de caractérisation sont elles-aussi introduites, principalement en suivant le cursus CMF+Sherbrooke ; en revanche la synthèse organique ou inorganique n’est pas abordée.

Après avoir suivi de façon sérieuse la majeure CMF et les cours du tronc commun, l’étudiant sera en mesure

dans le domaine des matériaux de:

- Dialoguer avec des personnes ayant des métiers connexes aux matériaux (mécanicien, thermodynamicien, plasturgiste, métallurgiste, en recherche ou R&D,)

- Maîtriser la réglementation et les processus d’éco-conception,

- Maîtriser la Recherche/Analyse/Synthèse de données scientifico-techniques liées aux matériaux (synthèse/propriétés/caractérisation),

- Formuler et analyser les problématiques physico-chimiques des matériaux (propriétés, structures, procédés) selon une vision produit.

La rigueur scientifique et les connaissances des liens structures-propriétés acquises lors de cette formation permettent aux étudiants de réaliser leur stage de fin d’études (6 mois) dans des bureaux de R&D. Les entreprises ainsi que les domaines d’applications sont variées.

Voici une liste de sujets de stages traités par d’anciens étudiants :

• Etude des lubrifiants "Cleanwell" pour les connexions des tubes de forage,

• Mise au point d'un composite polymère / fibre végétale et
• intervention sur chaque étapes du procédé d'élaboration,
• - Mise en place d'un protocole de gonflement des vernis automobiles sous pression permettant la caractérisation du réseau réticulé par thermoporosimètrie,
• - Développement de supports de catalyseurs en céramique à base de diatomite et de boehmite,
• - Elaboration et modélisation de composites métallo diélectriques,
• - Analyse de l'influence d'endommagements sur la tenue mécanique statistique de composites thermo structuraux (2D, 2.5D, 3D),
• - Evaluation des risques de migration de composants chimiques dans l’emballage alimentaire,
• - Etude et analyse concernant la présence de points noirs et de gels sur film PA/PE,
• - Evaluation environnementale d'un système de production d'eau ultra pure et re-conception de produit,
• - Etude de la relation entre la température fictive du verre et les propriétés optiques des fibres à base de silice,.
• - Evaluation de nouveaux matériaux et de nouveaux traitements de surface pour réservoirs à carburant,
• - …

dans le domaine de la modélisation moléculaire de:

Pour des stages de recherche théorique utilisant des outils de modélisation atomistique, on peut citer comme établissements d’accueil français : Air Liquide, EDF, L’OREAL, IFPEN, l’INERIS, CEMEF Mines ParisTech, …

Voici une liste de sujets de stages traités par d’anciens étudiants :

Le devenir des étudiants :

En fin de cursus, la distribution du devenir des étudiants depuis 2005 est la suivante :

Par rapport aux étudiants nous ayant répondu, nous pouvons voir que la majorité d’entre eux ont poursuivi leur formation par un mastère ou un master généralement dans le domaine du management de projet. Alors que l’autre grande partie des étudiants rentre directement dans le milieu industriel, certains étudiants désirant poursuivre dans le domaine de la modélisation et simulation atomistique continuent en thèse.

L’ISMANS a été reconnu pour sa formation par le CNRS et appartient à la liste des grandes écoles et établissement dont les élèves peuvent postuler à un contrat de doctorant au CNRS ou à un stage d’élève ingénieur. De nombreux sujets de thèse sont basés sur des problématiques industrielles. Par conséquent après avoir travaillé 3 ans sur cette problématique les ingénieurs docteurs peuvent intégrer l’industrie en France ou à l’étranger.

Voici une liste de laboratoires ayant encadré des ingénieurs ISMANS lors de leur thèse.

En France :

CEMEF

IFPEN

IN2P3

INSA Lyon

Université du Maine

Université de la méditerranée

Polytechnique

A l’étranger :

School of Chemistry Cardiff

Sherbrooke

Pour en savoir plus, n’hésitez pas à poser des questions aux anciens CMF à l’aide du forum disponible sur http://www.ismanciens.fr.

La CMF pour qui ?

Le profil des étudiants ayant suivi cette majeure est assez hétérogène même si, sans surprise, les étudiants venant de classe préparatoire physique-chimie sont majoritaires.

Cependant, cette majeure est avant tout destinée aux étudiants désireux de comprendre les phéno- mènes microscopiques régissant les propriétés utiles dans nos applications quotidiennes et de savoir comment prédire les propriétés des matériaux avant même leur existence.

Dotés de cette motivation, les étudiants trouveront les ressources mentales nécessaires pour suivre et assimiler des cours qui leur sembleront relativement théoriques dans un premier temps.

Ainsi, tout comme ces athlètes qui se sont fait mal dans leur apprentissage de la marche étant bébés et maintenant capables de courir des 5000 m en des temps records, les étudiants seront capables avec notre aide et leur travail de comprendre des équations et des phénomènes physiques insoupçonnés afin d’aider à la mise au point des matériaux du futur.

Promotion CMF 2010

La CMF comment ?

Introduction

Programme

Outils

Introduction

Toute exploitation de données issues d’instruments de mesure ou de caractérisation utilisée dans de mauvaises conditions amène à tirer de mauvaises conclusions.

Avec l’avènement des outils de modélisation et de simulation, les erreurs peuvent être d’autant plus nombreuses et importantes que les fournisseurs de logiciels font tout pour que les programmes réussissent à donner des résultats même en présence de données incohérentes ou non physique.

Or le monde du numérique est un monde d’approximations que l’ingénieur doit savoir maitriser afin de juger favorablement ses résultats. Appuyer sur les icones d’une interface graphique, c’est comme appuyer sur les touches d’une calculatrice : un enfant de 3 ans peut le faire. Ce qui fait la différence entre un enfant et un ingénieur, c’est que ce dernier doit savoir qu’un ordinateur ne fait rien tout seul et qu’à chaque clic une hypothèse est posée permettant aux processeurs de résoudre numériquement un problème physique.

Programme

Il est possible pour les étudiants de suivre les 2 dernières années à l’ISMANS dans la majeure CMF ou pour les meilleurs et les plus motivés de partir à Sherbrooke lors de la 2^ème année et de réintégrer la majeure CMF en 3^ème année.

CMF

Il serait présomptueux de notre part de dire que notre formation permet de former des étudiants sans faille dans la mise en données et l’interprétation des résultats de simulation. Cependant, nous nous efforçons de les initier à porter un point de vue critique sur leur modélisation. C’est pourquoi dans le domaine de la modélisation et de la simulation atomistique, nous développons les points suivants :

- Création des modèles atomistiques moléculaires, polymériques et cristallins à partir de données bibliographiques via différentes interfaces graphiques (Gaussview 3.0, Materials Studio4.4, MedeA), connaissance des différents formats de fichiers géométriques génériques (mol, xtl, cif,…),

- Appréhension des paramètres théoriques de bases des différents modèles énergétiques : Hartree-Fock, Semi empirique, Post Hartree-Fock, DFT, Champs de Forces appliquées aux modèles moléculaires et cristallins sur systèmes organiques et inorganiques,

- Appréhension des paramètres théoriques de base des différents algorithmes d’optimisation et de dynamique moléculaire,

- Applications de la DFT à l’étude de systèmes moléculaires (Gaussian03) : analyse conformationnelle, propriétés moléculaires, thermochimie, réactivité moléculaire, spectroscopie IR et Raman, via Gaussian03 (élaboration de stratégie de calcul, pré traitement interface et fichiers, étude paramétriques, post traitement interface et fichiers, analyse de résultats après revue bibliographique),

- Applications de la DFT à l’étude de systèmes cristallins (VASP sous environnement MedeA (Windows)) : diffraction X, structures de bandes, propriétés électroniques, optiques, magnétiques, spectres de phonons, transitions de phases cristallines, énergie de surface (pré traitement interface et fichiers, étude paramétriques, post traitement interface et fichiers, analyse de résultats après revue bibliographique),

- Applications des champs de forces à l’étude de systèmes moléculaires et polymériques par dynamique moléculaire (Discover/Forcite sous environnement Materials Studio et LAMMPS sous environnement MedeA): équilibration et exploitation, transition vitreuse, diffusion, énergie de mélange, d’interaction, de surface et d’interface (pré traitement interface et fichiers, étude paramétriques, post traitement interface et fichiers, analyse de résultats après revue bibliographique)

- Notions de Monte Carlo cinétique appliquées aux systèmes métalliques et méthode QSAR sont introduites.

Ces différents cours sont assurés par du personnel ISMANS ainsi que des intervenants extérieurs industriels et universitaires : Materials Design, Air liquide, EDF et INERIS, ENSCL et L’université de Sherbrooke.

CMF+Sherbrooke

Il est possible pour les étudiants, après évaluation de leur niveau scientifique en 1^ère année, de partir 1 an au Québec à l’université de Sherbrooke afin d’obtenir un diplôme de 2e cycle en nanomatériaux et caractérisations de pointe. Les étudiants reviennent à l’ISMANS en 3^ème année afin de compléter leur formation de façon intensive en modélisation moléculaire. Certains repartent au Québec en fin de 3^ème année pour leur stage ou pour s’y installer.

Outils et mise en applications

Notre formation se base principalement sur l’utilisation de 3 interfaces graphiques contenant différents codes de calculs.

3 progiciels dans ce domaine, c’est peu. Il suffit de voir la liste des seuls codes DFT disponibles sur Wikipedia , mais c’est déjà beaucoup dans le cadre d’une formation ingénieur quand on pense à la complexité des théories utilisées et des propriétés accessibles. C’est pourquoi, les ingénieurs utilisant ce type d’outils dans l’industrie poursuivent leur formation par un doctorat afin de se spécialiser (voir CMF Pour quoi faire ?).

La mise en application des concepts vus en cours a lieu lors des projets de recherche de 3^ème année. Les sujets proviennent de partenaires industriels ou universitaires (MENICON, INERIS, Materials Design, Université de OUJDA, Université de KAZAN, Université du MAINE….). Le but pédagogique est d’évaluer l’autonomie des étudiants avant leur stage ingénieur. Ils sont réalisés lors du semestre 9 en parallèle des cours en binôme ou trinôme et 8 ECTS sont associés au projet correspondant à un travail personnel autour de 240h. Différentes publications scientifiques citant les étudiants concernés ont été élaborées ces dernières années.

« Calculations of the charge distribution in dodecyltri-methylammonium: a quantum chemical investigation »

B. Minisini, S. Chavand, R. Barthelery, F. Tsobnang, J Mol Model 16, (2010), 1085-1092

“Elastic and thermodynamic properties of OsSi, OsSi₂ and Os₂Si₃”

B. Minisini, Jens Roëtting, François Tsobnang, Computational Materials Science 43 (2008) 812–817

“Density functional theory characterization of 4-hydroxy-azobenzene”

Benoit Minisini, Guillaume Fayet, François Tsobnang, Jean François Bardeau, J. Mol. Model. (2007) 13:1227-1235

“DFT evaluation of thermo-mechanical properties of scheelite type MLiF₄ (M= La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu)”

B. Minisini, Patrick Bonnaud, Qiuping A Wang and François Tsobnang, Comput. Mater. Sci. (2007) doi:10.1013/j. com-matsci.2007.07.001

“A density functional study of the pressure induced phase transition in LiYF4”

B. Minisini, L El Hadj, M Lontsi Fomena, N Van Garderen and F Tsobnang, J. Phys.: Condens. Matter 18 (2006) 2429–2441