Programme en Sciences des Matériaux

Les cours de Sciences des Matériaux pour les élèves ingénieurs de l’ECAM en formation initiale sont dispensés en première et deuxième année du cycle ingénieur à raison d’une heure par semaine en ECAM 3 et 2 heures par semaine en ECAM 4, ce qui représente entre 80 et 84H de cours au total.

La formation théorique

ECAM 3 : Prévoir et comprendre le comportement d’un matériau

Dans cette optique, deux grandes familles de matériaux sont étudiées :

  • les matériaux cristallins (métaux, alliages)
  • les matériaux organiques (polymères)
Essais mécaniques : ce sont tous les essais qui servent à caractériser un Matériau, à savoir - traction - résilience - dureté.
Cristallographie - Théorie de la déformation plastique : la compréhension du comportement mécanique d’un matériau métallique (c’est à dire la relation étroite qu’il y a entre la structure à l’échelle microscopique et les caractéristiques macroscopiques) constitue la base de cet enseignement.
Théorie du durcissement structural ou les différentes façons de rendre un matériau plus résistant en introduisant notamment la notion d’interaction dislocations - précipités.
Traitements thermiques des aciers ordinaires : LES TRAITEMENTS THERMIQUES sont l’un des moyens privilégiés pour conférer à la matière les caractéristiques mécaniques souhaitées. Cette partie du cours est essentiellement développée autour des aciers ordinaires et de leurs traitements c’est-à-dire TREMPE - REVENU - RECUIT
Polymères : La démarche consistant à mettre en évidence la relation étroite existant entre la structure macromoléculaire et les caractéristiques à l’échelle macroscopique est vue. Introduction de la notion de MACROMOLÉCULES et des liaisons qui assurent la cohérence de ces matériaux (Covalentes, Van der Waals). Ce chapitre se poursuit en expliquant les grandes réactions chimiques conduisant au polymère final. La relation structure-propriétés est ensuite développée en mettant en exergue les notions de TRANSITION VITREUSE, CRISTALLINITE, AMORPHISME. Cette partie se finit par une description sommaire des principales familles de PLASTIQUES EXISTANTES.
Composites : ou l’art et la manière de mieux maîtriser la matière afin d’obtenir un effet de synergie entre les qualités des différents composés constitutifs c’est à dire les MATRICES ORGANIQUES d’une part ( Époxydes, Polyesters, etc..) et LES FIBRES d’autre part ( Verre, Carbone, Céramiques, etc..)

ECAM 4 : comprendre afin de mieux utiliser

Si une partie du cours de deuxième année est la parfaite continuité de la première année au niveau de la compréhension du comportement mécanique et physico-chimique des différentes catégories de matériaux étudiées, une partie importante de l’enseignement de deuxième année correspond au deuxième but de la science des matériaux à l’ECAM : COMPRENDRE AFIN DE MIEUX UTILISER ou comment utiliser la matière sans qu’elle ne se détruise prématurément

> Connaissances générales : savoir choisir

Traitement thermique des aciers alliés : dans l’optique de toujours rechercher les constituants micrographiques répondant au mieux au cahier des charges, cette partie du cours est consacrée au TRAITEMENT THERMIQUE DES ACIERS ALLIES avec notamment l’étude détaillée des COURBES DE TRANSFORMATION TTT, TRC et de LA TREMPABILITÉ qui permettent de prévoir les caractéristiques mécaniques de ce type de matériaux.
Autres métaux : alliages d’Aluminium et de Titane
Céramiques
Traitements superficiels : traitement par Diffusion, Cémentation, Nitruration, etc....
Procédés nouveaux (PVD, CVD)

> Connaissances spécifiques : mieux utiliser

ETUDE DE LA CORROSION

Mécanismes élémentaires conduisant à la destruction de la matière c’est à dire Corrosion électrochimique et autres types de corrosion :Notions de potentiel d’équilibre et de corrosion, Courbes de polarisation, Différentes formes de corrosion, Passivation, etc...
Lutte contre la corrosion : Protection cathodique, Protection anodique, Interventions diverses au niveau du matériau, du milieu, Aciers inoxydables
Autres types de corrosion (corrosion sèche, biochimique)
Corrosion des polymères

FATIGUE, MÉCANIQUE DE LA RUPTURE

Mécanique de la rupture introduisant la notion de défaut critique conduisant à la rupture brutale. Elle établit la relation entre les contraintes appliquées et la ténacité du matériau c’est à dire sa résistance à la propagation d’une fissure.
Fatigue : une grande partie du cours consistera à décrire les différents moyens de calculer une pièce en fatigue et les essais correspondants afin d’éviter la ruine d’un assemblage mécanique ou d’une pièce.

Les travaux pratiques


Les travaux pratiques représentent un maillon important dans le système pédagogique ECAM. Permettant d’une part d’illustrer tout ou partie des cours dispensés, ils en constituent d’autre part l’aspect applicatif. Utilisant très souvent des matériels proches de ceux que l’on peut rencontrer dans l’industrie, ils permettent également aux élèves de se familiariser avec la technique et les différentes technologies.

Les travaux pratiques en ECAM 3

Essais mécaniques destinés à apprendre à caractériser un matériau
Contrôles non-destructifs ( Radiographie X, Ressuage, magnétoscopie) ou comment mettre en évidence certains défauts d’élaboration ou de mise en forme.
Macrographie contrôles de la mise en œuvre des matériaux
Contrôle ultrasonore concernant essentiellement l’étude physique d’un moyen de contrôle très important dans l’investigation des matériaux.
Micrographie Mise en évidence des structures micrographiques des métaux et alliages.
Mesure des températures
Radiocristallographie détermination des structures cristallines, traitements de surface, oxydation, etc....

Les travaux pratiques en ECAM 4

Traitements thermiques Recuit - Trempe - Revenu
Trempabilité des aciers avec l’importance de la composition chimique sur l’évolution de la structure dans la masse.
Etude des polymères (DSC, Spectre IR, etc...)
Polymérisation des composites avec mise en évidence de l’importance des cycles de cuisson et optimisation de ceux-ci. Degré de polymérisation - Transition vitreuse.
Physique de l’adhésion avec mise en évidence de l’importance des notions d’énergies superficielles.

Les travaux de synthèse en ECAM 5

Trois grands thèmes sont développés par les étudiants au cours de 6 séances de 4H
● Choix des matériaux
● Corrosion
● Microscopie à balayage et microanalyse
Le but est de donner toute l’initiative aux étudiants pour parvenir à satisfaire un cahier des charge.