Faculté de physique et ingénierie

Matériaux à grande surface

  • Cours (CM) 26h
  • Cours intégrés (CI) -
  • Travaux dirigés (TD) -
  • Travaux pratiques (TP) -
  • Travail étudiant (TE) -

Langue de l'enseignement : Français

Description du contenu de l'enseignement

Il s'agit de présenter les principales familles de matériaux à grande surface, leurs synthèses et leurs propriétés dans le cadre d'applications spécifiques. Nous détaillerons principalement les oxydes (zéolithes, silices mésoporeuses organisées), les carbones (carbones activés, répliques obtenus par nanomoulages, nanotubes et carbones mésostructurés obtenus par synthèse directe) et les MOF (Metal-Organic Framework). Les méthodes d’élaboration de ces matériaux seront explicitées (la synthèse hydrothermale, la voie sol-gel, synthèse par auto-assemblage en solution pour les composés mésostructurés, procédés de carbonisation et d'activation…) ainsi que leurs caractéristiques chimiques, structurales et texturales. D’un point de vue technique de caractérisation de la porosité, la manométrie d’adsorption d’azote par physisorption sera particulièrement développée.
Les structures à porosité hiérarchisée seront également abordées à travers la présentation des différentes méthodes et stratégies de synthèse de ces matériaux poreux (auto-assemblage de nanoparticules, formation d’aérogels et mousses d’oxydes et de carbones, choix de précurseurs de matériaux carbonés…), ces choix étant aujourd'hui fortement contraints par les réglementations (REACH par exemple) et le développement durable.
L’application des matériaux poreux dans des procédés industriels nécessitant de contrôler leur « mise en forme », les principales techniques d’élaboration de films, de sphères et d’extrudés seront présentées.
Les objectifs en terme de connaissance sont :
  1. Introduction aux principales méthodes d’élaboration des matériaux poreux de type oxyde, carbone et hybride organique-inorganique de type Metal Organic Framework (MOF).
  2. Introduction aux méthodes de caractérisation de la surface et de la porosité. La technique de manométrie d’adsorption d’azote par physisorption sera particulièrement développée.
  3. Influence des caractéristiques physico-chimiques des solides préparés sur leur réactivité.
  4. Pour chaque type de matériau, présentation des principales applications industrielles.

Compétences à acquérir

A travers le contenu et les capacités exigibles, sont développées des compétences parmi lesquelles :
  1. Être capable de sélectionner le matériau poreux le mieux adapté à l’application visée
  2. Choisir la méthode de synthèse conduisant aux caractéristiques/propriétés recherchées
  3. S’approprier les principales méthodes de caractérisation de la porosité d’un matériau
  4. Être capable de caractériser un matériau poreux et de corréler ces propriétés avec les performances du matériau pour une application donnée

Bibliographie, lectures recommandées

Rouquerol, J.; Rouquerol, F.; Sing, K. Adsorption by Powders and Porous Solids: Principles, Methodology and Applications; Academic Press Inc, 1998

MASTER - Sciences et génie des matériaux

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