PCI11 Physico-chimie et interfaces
Objectifs :
- Comprendre et savoir décrire un système réel d’après les bases du système idéal, gazeux ou en solution.
- Comprendre et assimiler les phénomènes aux interfaces.
- Acquérir la notion de métastabilité (ex des émulsions et colloïdes).
Contenu du cours :
Chapitre I : Rappels
I.1.- Définition du potentiel chimique
I.2.- Variations du potentiel chimique avec la pression
I.3.- Variations du potentiel chimique avec la température
I.4.- Expressions du potentiel chimique
I.5. – Fonctions d’état extensives et théorème d’Euler
I.6. – Les grandeurs molaires partielles
Chapitre II : Les gaz
II.1. – Cas d’un gaz parfait
II.2. – Cas d’un gaz réel
Chapitre III : Grandeurs de mélange et comportement
III.1.- Mélanges idéaux
III.2.- Mélanges réels
III.3.- Grandeurs d’excès
III.4.- Applications aux équilibres liquide-vapeur
III.5.– Les solutions réelles : modèles de mélange
Chapitre IV : Les solution ioniques
IV.1.- Théorie de Debye et Hückel
IV.2.- Détermination expérimentale des activités
Chapitre V : Thermodynamique des interfaces
V.1.- Origine de la tension de surface
V.2.- Tension de surfa
V.3.- Application de la tension de surface : bulles, gouttes et cavités
V.4.- méthodes de mesure de la tension de surface
V.5.- Thermodynamique de l’adsorption aux interfaces
V.6.- Interfaces solides/liquides (mouillage et angle de contact)
V.7.- Emulsions
Chapitre VI : Réactivité des particules colloïdales
VI.1.- Particules colloïdales
VI.2.- Réactivité de la surface
VI.3.- Stabilité des suspensions colloïdales
Niveau requis
Les premiers principes de la thermodynamique, les notions de chimie des solutions.
Modalités d\'évaluation Examen écrit de 2h
Responsable : LAIR Virginie, CHAGNES Alexandre, GRIVEAU Sophie
Période : Automne
Heures :28
Crédits ECTS : 2
CPA_CS11 Chimie des solutions
Compréhension et maîtrise des interactions en solution dans l’objectif de séparations et de traitement
d’échantillons dans des matrices complexes.
Les applications présentées sont variées avec un accent sur le nucléaire et l’environnement.
Solutions aqueuses :
- Solutions diluées, concentrées, complexes
- Activité, coefficient d’activité (modèles de Debye et Hückel, Davies, Théorie des interactions spécifiques,
modèle de Pitzer).
- Complexation : constantes de formation successives ou globales, coefficient de complexation, digramme des
répartitions, action de l’acidité sur les coefficients de complexation.
- Types de ligand (H, OH, L), complexation multi-ligands, ….
Séparations chimiques :
- Solubilisation / précipitation
- Extraction liquide/liquide : principe, grandeurs, équilibres simples ou complexes
- Phénomène d’extraction : co-extractions / échange d’ions
- Synergisme, relargage
- Extraction : liquide/solide : résines échangeuses d’ions, équilibres de distribution, effet de complexation
Milieux réactionnels non aqueux :
- Milieux micellaires (présentation, micelles pour les séparations, système à trois phases, point trouble,
comparaison liposomes, microémulsions pour l’extraction)
- Solvant moléculaires (solvatation, propriétés acido-basiques, paires d’ions…)
- Milieux sels fondus : sels fondus à haute température (présentation, oxoacidité, applications à l’extraction) et
liquides ioniques (présentation, quelques propriétés, applications à l’extraction)
- Fluides supercritiques (présentation, quelques propriétés, applications à l’extraction)
Niveau requis
Niveau de base en thermodynamique, chimie physique, chimie des solutions, chimie analytique
Modalités d\'évaluation
Examen écrit avec documents
Responsable : VARENNE Anne, CHAGNES Alexandre, GRIVEAU Sophie, LAIR Virginie
Période : Automne
Heures :14
CPA_EC11 Electrochimie
Objectifs :
Il s’agit de définir de façon synthétique le corps théorique de l’électrochimie (concepts physico-chimiques
relatifs à l’interaction électrons-matière : diffusion, convection, migration des ions, polarisation aux interfaces,
formation d’amalgames, thermodynamique électrochimique) et d’en montrer les principales applications,
tournées vers la résolution de problèmes analytiques variés (détermination de concentrations, de paramètres
thermodynamiques à l’équilibre et analyse du simple transfert de charge…). L’axe de cette formation est la
connaissance et l’exploitation des caractéristiques courant-potentiel pour aboutir à une prévision systématique
qualitative et quantitative des conditions de réalisation des opérations électrochimiques en solution.
Contenu du cours :
I- Repères historiques de l'électrochimie et l’électrochimie analytique
II- Eléments de base de l'électrochimie moderne
III- Théorie de la microélectrolyse et caractéristiques courant- potentiel
IV- Déplacement des courbes I=f(E) par effet du milieu chimique
V- Mise en œuvre expérimentale des différents régimes de diffusion
VI- Eléments de voltampérométrie en régime de diffusion naturelle
Niveau requis
Bases générales de l’électrochimie, de la thermodynamique et de la chimie des solutions
Modalités d\'évaluation
Examen écrit avec documents
Responsable : CASSIR Michel, GRIVEAU Sophie, LAIR Virginie, SLIM Cyrine
Période : Automne
Heures :14
CPA_MS11 Méthodes séparatives
Objectifs :
Initier les étudiants de 1ère année aux méthodes chromatographiques analytiques, avant d’en aborder la
pratique dans les laboratoires d'enseignement de l’école ou lors des stages. Cet enseignement permet de situer
les différentes approches chromatographiques et leurs domaines d’applications, et vise à faire acquérir les
éléments méthodologiques du chimiste analyste et ses critères de performance.
Contenu du cours :
Généralités sur les méthodes de séparation chromatographiques :
• Principes, finalités
• Classement des méthodes
• Mise en oeuvre en couche mince et colonnes
• Aspects instrumentaux
• Domaines d'application
Interactions et séparations :
• Interactions chromatographiques
• Mécanismes physico-chimiques des séparations: volatilité, interactions différentielles
• Phases stationnaires courantes
• Choix des phases mobiles
Grandeurs fondamentales et paramètres d'optimisation :
• Grandeurs de rétention
• Sélectivité
• Dispersion
• Résolution
Détection chromatographique :
• Contraintes apportées par les détections en ligne
• Caractéristiques des détecteurs
• Principaux modes de détection
Application à l'analyse qualitative et quantitative :
• Identification d'un composé en solution
• Quantification du signal : méthodes d'étalonnage,
Conclusions :
• Comparaison des chromatographies en phases liquide et gazeuse
• Position des méthodes chromatographiques par rapport aux autres méthodes séparatives.
Niveau requis
Niveau de base en thermodynamique, chimie des solutions, spectroscopie, chimie analytique, chimie
organique, hydrodynamique, mathématique statistique.
Modalités d\'évaluation Examen écrit avec documents
Responsable : GAREIL Pierre, D’ORLYE Fanny, GRIVEAU Sophie, SLIM Cyrine
Période : Automne
Heures :11
GRC_GC11 Génie chimique
PREMIERE PARTIE : Mécanique des Fluides - Transfert de quantité de mouvement
I- Bilan des forces et des quantités de mouvement dans les fluides
1-Définitions
2-Bilan masse - Equation de continuité
3-Forces
4-Fluides en mouvement
• 4-1-Contrainte de cisaillement
• 4-2-Interprétation en terme de flux de quantité de mouvement
• 4-3-Diffusivité
• 4-4-Viscosité des fluides réels - mesure
5-Equations du mouvement
6-Equation de l'énergie
7-Equation de Bernoulli
II- Notions d'analyse dimensionnelle - Similitudes des écoulements fluides
1-Théorême Pi
2-Similitude
3-Analyse dimensionnelle
III- Facteur de frottement
1-Définition
2-Ecoulement dans une conduite
3-Diagramme de Moody
4-Pertes de charges singulières
DEUXIEME PARTIE : Transferts thermiques
I- Introduction
II- Conduction
1-Loi de Fourier
2-Conductivité thermique
3-Equations générales de la conduction
4-Exemple du mur composite plan
5-Coefficient d'échange superficiel
III- Convection
1-Equation de l'énergie
2-Cas particuliers
3-Analyse dimensionnelle
4-Couches limites
5-Exemples de convection forcée
6-Interprétation corpusculaire des transferts et des nombres adimensionnels
7-Régime turbulent - Analogies de Reynolds et de Chilton-Colburn
8-Formules empiriques pour le calcul du nombre de Nusselt
9-Echangeurs
TROISIEME PARTIE : Transferts de matière
I- Diffusion matériellle
1-Définitions et exemples d'application
2-Diffusion dans les gaz - Corrélations empiriques
3-Diffusion dans les liquides - Corrélations empiriques
4- Bilans dans un système - Loi de Fick
II- Echanges de matière aux interfaces - Analogie de Chilton-Colburn Mouvement-Chaleur-Matière
Responsable : MORVAN Daniel, MINIER Michel
Période : Automne
Heures :14
GRC_RC11 Risque chimique
Première partie : Connaissance des dangers à partir de l’analyse d’une FDS
1- Risques Toxicologiques
2- Risques Incendie/Explosions (liquides, gaz, poussières)
3- Mise en sécurité d’un réacteur
Deuxième partie : Analyse des risques d’un poste de travail
1- Logiciel Formalabo
2- Méthodes d’analyse des risques (Arbre des défaillances, arbre d’évènement)
Troisième partie : Contexte réglementaire
1- REACH
2- Le système général harmonisé (SGH)
Responsable : TATOULIAN Michael
Période : Automne
Heures :12
GRC_PGC11 Projet de génie chimique
Appliquer la théorie de la mécanique des fluides et du transfert de chaleur à des problèmes concrets(industriel
et sociétal).
une journée TD mécanique des fluides + simulation
une journée TD transfert de chaleur + simulation
une journée projet dans laquelle les élèves doivent présenter des solutions techniques à un problème type
station de pompage connecté à un échangeur
Niveau requis intégrales / dérivées.
Modalités d\'évaluation une note pour le projet
Responsable : ROUSSEAU Frédéric, TATOULIAN Michael, BENMANSOUR Malek, CAVADIAS
Siméon, MORSCHEIDT Willy, LAIR Virginie
Période : Automne
Heures :24
IP11 Informatique et programmation
Objectifs :
- Construire de façon autonome une application en langage C en utilisant des algorithmes simples et connus
- Consolider les connaissances acquises au cours de l’initiation et améliorer leur compréhension par
l’utilisation constante de l’éditeur de texte, la manipulation de fichiers, la lecture et la sauvegarde régulière
des données
1/ Environnement de développement
a. Code, processeur et compilateur
b. Langage de programmation
c. Bibliothèques
d. Fichiers inclus
2/ Les bases du langage C
a. Variables, déclarations
b. Instructions
c. Instructions conditionnelles et boucles
d. Fonctions, prototypes
e. Tableaux, chaînes de caractères
f. Gestion des fichiers
g. Notion de pointeur et d’allocation dynamique de mémoire
Responsable : LABAT Frédéric
Période : Automne
Heures :32
Crédits ECTS : 2
M3Q_MMP11 Méthodes mathématiques de la physique
Ce cours expose plusieurs outils mathématiques permettant d'aborder des problèmes d'ingénierie et de
physique courants. Il est également destiné à faciliter l'assimilation d'autres cours de l'école et à donner des
bases solides à d'éventuels approfondissements ultérieurs.
Il n'est pas question ici de développer une vision purement mathématique de ces outils mais de retenir leurs
propriétés essentielles et de les appliquer à des situations physiques.
Contenus :
Algèbre appliquée à la mécanique quantique
Transformation de Fourier
Equations aux dérivées partielles
Probabilités et statistiques
Niveau requis L2
Modalités d\'évaluation Examen écrit, documents autorisés, durée : 1h30
Responsable : GOLDNER Philippe, LOISEAU Pascal, WIAME Frédéric
Période : Automne
Heures : 28
M3Q_PQ11 Physique quantique
Ce cours expose les concepts, postulats et outils de la mécanique quantique, en se concentrant sur ceux
indispensables à l’interprétation des propriétés atomiques et moléculaires. Il ne s’agit pas de couvrir tout le
champ de la physique quantique mais de retenir les points essentiels en vue des applications en chimie. Il est
ainsi destiné à donner des bases solides pour d’autres enseignements et des approfondissements ultérieurs.
A- Description des systèmes quantiques
- une révolution des idées en physique
- les concepts nouveaux : fonctions d’onde, opérateurs, équation de Schrödinger, outils mathématiques
B- Les mouvements dans les molécules
- la vibration
- la rotation – définition et propriétés des moments cinétiques
C- Orbitales atomiques – structure électronique des atomes
- l’atome d’Hydrogène
- vers la structure électronique des atomes et des molécules – méthodes d’approximation
Niveau requis L2
Modalités d\'évaluation
Examen écrit, documents autorisés, durée : 1h30
Responsable : GOURIER Didier
Période : Automne
Heures :28
FE_CP11 Formation expérimentale en chimie physique
Les travaux pratiques de ce module sont en harmonie avec les cours d’électrochimie, de thermodynamique,
chimie des milieux réactionnels, et chimie séparative. Ils permettent à la fois d’illustrer et de mettre en
application les notions théoriques de cours, et aussi d’appréhender les applications nombreuses et actuelles au
niveau industriel (méthodologies / techniques).
A l’issue de cette formation pratique, les étudiants seront capables de :
- Tenir à jour un cahier de laboratoire
- Suivre les règles d’hygiène et de sécurité
- Analyser, exploiter et critiquer leurs résultats expérimentaux
- Utiliser les notions de cours adéquates
- Rédiger un compte-rendu
- Faire un exposé de leurs résultats devant un auditoire
- Chercher et trouver des données de la littérature
Un premier volet concerne l’analyse de traces / ultratraces dans les domaines du contrôle de qualité, du
contrôle de procédés industriels et de la protection de l’environnement : méthodes d’extraction liquide/liquide
de cations métalliques (aval du cycle nucléaire) ; méthodes séparatives (chromatographie ionique,
électrophorèse capillaire) pour la détermination et la quantification de polluants inorganiques ou organiques ;
méthodes électrochimiques (polarographie de complexation ou impulsionnelle, électrodes sélectives) pour la
détermination et la quantification de polluants dans des matrices environnementales (eaux, sols) ainsi que la
décontamination (ultrafiltration).
Un deuxième volet concerne les études aux interfaces pour mieux appréhender la synthèse et la caractérisation
de nouveaux matériaux et les procédés employant des interfaces : synthèse de matériaux par voie
électrochimique (électrodépôt) ; étude de corrosion et des additifs évitant ce phénomène ; étude de
changement d’état (analyse calorimétrique différentielle) pour la caractérisation et l’étude de la stabilité
thermique de nouveaux matériaux (alliages, polymères) ; caractérisation électrocinétique des membranes et
application à l’électrodialyse (purification de l’eau) ; thermodynamique des surfaces (tension de surface) pour
la caractérisation d’une formulation de détergents, de surface fonctionnalisées (design de pares-brises, par
exemple) ; caractérisation de milieux complexes (électrode à hydrogène, densimètre, spectroscopie UV-
visible) pour la compréhension et la prédiction des phénomènes dans les procédés industriels mettant en
œuvre des milieux hydro-organiques et micellaires…
Niveau requis
Thermodynamique, chimie des solutions, chimie analytique, électrochimie.
Modalités d\'évaluation
Examen pratique, rapport bibliographique, compte-rendus de TP, exposés oraux, rapport d’évaluation de
risque chimique d’un poste de travail.
Responsable : GRIVEAU Sophie, CHAGNES Alexandre, JOLIVALT Claude, SLIM Cyrine, VOLOVITCH
Polina
Période : Automne
Heures :105
Crédits ECTS : 6
FE_GC11 Formation expérimentale en génie chimique (1A)
Objectifs :
Aborder les notions relatives aux mécanismes de transfert de quantité de mouvement (mécanique des fluides)
et de chaleur (loi de Fourier) nécessaires pour le métier d’ingénieur chimiste.
Déroulement de la formation :
- mesures de pertes de charges dans un circuit
- débitmétrie
- écoulement dans une canalisation
- écoulement dans un milieu poreux
- détermination de la distribution des temps de séjours
- étude d’un échangeur à tubes coaxiaux
- transfert thermique
Niveau requis
Notions de transfert de quantité de mouvement et de chaleur (loi de Fourier)
Modalités d\'évaluation
Compte rendu + observation des élèves
Responsable : ROUSSEAU Frédéric, LAIR Virginie, MINIER Michel, MORSCHEIDT Willy, MORVAN
Daniel, PULPYTEL Jérôme
Période : Automne
Heures :32
Crédits ECTS : 2
MN12 Méthodes numériques
Objectifs :
- Etre capable de choisir une méthode mathématique adaptée à un problème donné et de procéder à sa mise en
œuvre par la réalisation d’un programme en langage C, par l’utilisation d’outils de visualisation et de calcul
formel
- Avoir un aperçu de l'application des méthodes numériques abordées en chimie
Contenus :
- Résolution d’équation non linéaire
- Dérivation et intégration numérique
- Algèbre linéaire, résolution de systèmes d’équations linéaires et non linéaires
- Calcul de valeurs propres et de vecteurs propres
- Minimisation de fonctions
- Résolution d'équations différentielles
- Résolution d'équations aux dérivées partielles
Responsable : LABAT Frédéric
Période : Printemps
Heures :32
Crédits ECTS : 2
SM_CS12 Chimie du solide
Le présent enseignement donne, dans une première partie, de prime abord une description des caractères
structuraux des différents solides ioniques. La thermodynamique de formation de ces solides est ensuite
présentée. Des repères historiques, relatifs à la conception des différentes échelles de rayon ionique, sont
mentionnés. Des modèles, justificatifs de l'écart au modèle ionique parfait, sont décrits, suivi de la théorie du
champ cristallin ainsi que de ses conséquences thermodynamiques, structurales et magnétiques
Le modèle du solide cristallin sera progressivement complété par l’introduction des imperfections ou défauts
qui existent dans tous les solides réels. C’est l’ensemble cristal (Parfait + défauts) qui constituera le modèle
du solide réel. Ce modèle du cristal réel fait l'objet de la seconde partie, de cet enseignement.
Cet enseignement n'a d'autre objectif que de permettre à l'étudiant d'acquérir les connaissances suivantes:
1 - Savoir décrire les principaux types structuraux caractérisant les solides
2 - Savoir calculer et interpréter l’énergie de réseau d’un solide
3 - Savoir utiliser l’échelle des rayons ioniques selon Shanon et Prewitt pour mieux comprendre la structure
du solide
4 - Savoir décrire un des modèles représentatifs de l’écart au modèle ionique parfait du solide
5 - Avoir une très bonne connaissance des conséquences liées à l’existence du champ cristallin dans un solide
6 - Savoir distinguer les différents types de défauts dans un solide
7 - Pouvoir écrire le mécanisme de formation d’un défaut dans un solide non stœchiométrique
8 - Pourvoir prévoir les propriétés physico-chimique en corrélation avec la formation des défauts dans le
solide
Partie A : Les solides cristallisés, du modèle ionique au composé ionocovalent
1. Caractères structuraux des solides ioniques
a) Rappel de la description des empilements compacts : cfc, hc
b) Les solides ioniques de type MX
c) Les solides de type MX2
d) Relations structurales entre réseaux compacts MX, MX2 et cations en coordinence 4 ou 6
2. Caractères structuraux de solides plus complexes
a) Les composés de type MO3
b) Les composés de type AMO3
c) Les composés de type AM2O4 de type spinelle
3. Thermodynamique de formation des solides ioniques
a) Calcul de l’énergie réticulaire. Constante de Madelung
b) Relation de Kapustinkii
c) Détermination de l’énergie réticulaire à partir des cycles thermochimiques
4. Relation entre structure et rayon ionique
Le rayon ionique. Les différentes échelles
5. Ecarts au modèle ionique parfait
a) Le modèle de Sanderson ou modèle des charges partielles
b) Les diagrammes de Mooser-Pearson
c) Effet des électrons d : Théorie du champ cristallin
Partie B : Défauts ponctuels dans les solides : le modèle du cristal réel
I- Composées stoechiométriques
1- Défauts intrinsèques. Mécanisme de formation des défauts
2- Défauts neutres et chargés. Notion de charges effectives
3- Règles d’écriture des réactions de formation des défauts
4- Thermodynamique de formation et équilibre des défauts
II- La non stoechiométrie dans les composés – mécanismes de formation de défauts
1- Justification de la non stoechiométrie
2- Composés déficitaires en anions
3- Composés déficitaires en cations
4- Annihilation de défauts – plans de cisaillement : WO3-x, MoO3-x
III- Les solutions solides: substitution dans les solides, dopage
1- Substitution par un ion de même valence : Al2O3-Cr2O3
2- Substitution par un ion de valence inférieure
3- Substitution par un ion de valence supérieure
4- Les phénomènes d’ordre et désordre: LiFe5O8, Ni2GeO4
IV- Propriétés optiques des solides. Conducteurs ioniques. Piles à électrolytes solides
1- les centres colorés
2- les conducteurs ioniques
3- Les piles à électrolyte solides
Niveau requis
L2
Modalités d\'évaluation
Examen écrit sans document
Responsable : AKA Gérard, LOISEAU Pascal, MAJERUS Odile
Période : Printemps
Heures :24
SM_CDS12 Cristallographie, diffraction et symétries
Ce cours porte sur les symétries et leur usage en chimie. Il traite donc de la cristallographie (empilement
périodique) et de rudiments de la théorie des groupes. Il vise a donner aux étudiants les bases nécessaires :
- à l'interprétation d'expériences de spectroscopie (infra-rouge, raman, UV -visible)
- la chimie théorique (liaison chimique, mécanique quantique)
- la chimie du solide
1) Cristallographie géométrique
La symétrie des cristaux s'appuie sur un empilement périodique (réseaux) et des opérations de symétries
d'orientation. La combinaison des deux types de symétrie (translation- orientation) permet de définir des
symétries de positions et des groupes d'espace
- la métrique du cristal : plans et distances réticulaires
- Le réseau direct la maille, le réseau réciproque et les normales
- Propriétés angulaires, loi de constance des angles
- Symétries, loi de Curie, groupes ponctuels et systèmes cristallins
- Symétrie et périodicité, modes de réseau, réseaux de Bravais, groupes d'espace
2) Radiocristallographie
L'application discutée est la diffraction des rayons X et la résolution de structures cristallines. Le cours
s'appuie ici sur les travaux pratiques de cristallographie.
- Production des rayons X et interaction des RX avec la matière
- Diffusion par un milieu continu - équivalence à une transformation de Fourier, espace dual
- Diffraction des RX par les cristaux, facteur de diffusion atomique, facteur de structure
- Loi de Bragg, construction d'Ewald
- Diffraction par les poudres cristallines, méthode de Debye- Scherrer
- Détermination des structures, problème des phases
3) Théorie des groupes
Un retour sur les symétries ponctuelles discute la fabrication et l'usage pratique de la table de caractères et
son application à
- la structure électronique d'une molécule
- les spectroscopies de vibration infrarouge et raman.
- le champ cristallin et la spectroscopie optique
Niveau requis
connaissances mathématiques et physiques de niveau licence (produits scalaire et vectoriel calcul tensoriel,
rayonnements électromagnétiques)
Modalités d\'évaluation
un examen terminal en commun avec chimie du solide
Responsable : AKA Gérard, BARBOUX Philippe, LOISEAU Pascal
Période : Printemps
Heures :31
MI_IRM12 Interaction rayonnement-matière
Objectifs :
Les processus d'interaction entre la matière et un rayonnement électromagnétique sont à la base des
techniques spectroscopiques ainsi que d'applications technologiques majeures (imagerie, photovoltaïque,
optoélectronique,...). L'objectif du cours est d'une part de faire une présentation générale de ces processus et
d'autre part d'expliquer les propriétés spectroscopiques en relation avec les descriptions quantiques des
atomes, des molécules, et de la matière en général.
Contenu du cours :
A) Principes fondamentaux de la spectroscopie
A1) Evolution d’un système quantique isolé (rappel)
A2) Evolution d’un système quantique perturbé : perturbations dépendantes du temps
A3) Transitions du 1er ordre
A4) Cas particulier du rayonnement électromagnétique : absorption et émission stimulée
A5) Transitions du 2ème ordre : absorption et émission à deux photon, diffusions Rayleigh et Raman
A6) Transitions d’ordre élevé
A7) Rappels sur le rayonnement électromagnétique
A8) Transitions dipolaires électriques et dipolaires magnétiques
A9) Coefficients d’Einstein, émission spontanée
A10) Origine de l’émission spontanée, quantification du champ
A11) Temps de vie radiatif et largeur de raie naturelle
B) Eléments de spectroscopie atomique
B1) L’opérateur R
B2) Notion de règle de sélection : exemple du spin
B3) Transitions dans l’atome d’hydrogène
B4) Transitions dans les atomes à plusieurs électrons : effets de l’interaction electron-électron et du couplage
spin-orbite
C) Eléments de spectroscopie moléculaire
C1) Séparation des mouvements électroniques et nucléaires
Ordres de grandeurs, séparations des mouvements électroniques et nucléaires, séparation des mouvements
nucléaires
C2) Spectroscopie rotationnelle
- Rotations moléculaires
- Molécules linéaires
- Toupies symétriques
C3) Spectroscopie vibrationnezle
- Molécules diatomiques : vibrations-rotations, règles de sélection
- Molécules polyatomiques
C4) Spectroscopie électronique
- Principe de Frank Condon
- Règles de sélection
- Evolution de l’état excité : fluorescence, phosphorescence, photodissociation
Niveau requis
Concepts et outils mathématiques de la physique quantique, notions d'électromagnétisme
Modalités d\'évaluation
Examen écris
Responsable : BINET Laurent, GOURIER Didier, GIAUME Domitille, MAJERUS Odile, WIAME Frédéric
Période : Printemps
Heures : 28
MI_LC12 Liaison chimique
Introduction à la chimie quantique
Partie I : de l’atome d’hydrogène à la molécule
1. L'atome d'hydrogène
1.1. Solution de l'équation de Schrödinger pour H
1.2. Les orbitales hydrogénoïdes
2. Plus d'électrons : l'atome d'hélium
2.1. Le théorème des variations et l'atome d'hélium
2.2. La méthode des perturbations pour les états non dégénérés
2.3. La corrélation électronique comme perturbation dans l'atome d'hélium
2.4. Le spin, le principe de Pauli et les déterminants de Slater
3. Les atomes polyélectroniques
3.1. La méthode de Hartree auto-cohérente
3.2. La méthode de Hartree-Fock
4. Plus d'électrons et d'atomes : les molécules
4.1. L'approximation de Born-Oppenheimer
4.2. Unités atomiques
4.3. La molécule la plus simple : H2+
4.4. La méthode LCAO-MO
4.5. Fonctions d'onde, densité électronique et liaison chimique
5. Molécule diatomique
5.1. Molécules homonucléaires : de H2+ à N2
5.2. Un électron en plus : H2
5.3. La méthode VB pour H2
5.4. Les différences entre VB et MO
5.5. Les molécules hétéronucléaires
Partie II : les méthodes d’approximation pour les molécules
6. La symétrie moléculaire
6.1. La théorie des groupes en chimie
6.2. Symétrie et liaison chimique (l'approche SALC)
7. Méthodes approchées
La méthode de Hückel simple et étendue
Partie III : Introduction aux Théories de la Réactivité
8. La méthode HF
8.1. L'hamiltonien moléculaire
8.2. Le déterminant de Slater et les fonctions d'onde mono-électroniques
8.3. L'équation de Roothan-Hall
8.4. Le choix des fonctions de base
8.5. La procédure du champ auto-cohérent (SelfConsistent Field)
8.6. Calcul des propriétés moléculaires
9. Les méthodes post-Hartree Fock
9.1. La corrélation électronique
9.2. La méthode d'interaction de configurations
9.3. Les méthodes perturbatives
Responsable : ADAMO Carlo, BINET Laurent
Période : Printemps
Heures :28
CMB_OAI11 Outils analytiques et informatiques pour la chimie moléculaire
Objectifs :
Acquisition de connaissances théoriques et pratiques de la spectrométrie de masse (SM) et de la
Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).
Dans ces cours sont présentés les concepts de base de la SM et de la RMN permettant de comprendre les
applications de ces deux techniques pour l'identification des composés organiques (utilisation également de la
FTIR, UV-VIS).
Les séances d'exercices permettront de se familiariser avec l'interprétation de spectres de petites molécules et
macromolécules.
Le cours de spectrométrie de masse abordera trois points principaux :
- Le premier sera consacré au principe de base de la spectrométrie de masse et introduira les généralités de
cette méthode spectrométrie (Masse moléculaire, moyenne, isotopique, résolution, …)
- Le second point concernera l’étude des différents modes d’ionisation et d’analyseurs de masse et leur
application dans l’étude de composés plus complexes (IE, IC, ESI, FAB, Maldi, TOF, Trappe ionique,…).
- Nous aborderons dans la troisième partie, les règles de fragmentations générales permettant l’analyse de
spectres de composés organiques variés présentant les principales fonctions rencontrées en chimie organique.
Un second cours sur la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire abordera :
- l'analyse de spectres RMN 1H et 13C
- la détermination de la structure covalente de molécules organiques
- les principes de la RMN : notion de spin, effet Zeeman, déplacement chimique, couplage scalaire.
Techniques d'enregistrement de spectres
- RMN 1H : équivalence, diastéréotopie, structure fine des spectres RMN, spectres au 1er ordre et 2nd
ordre, échange, découplage sélectif, 2D COSY
- RMN 13C : expériences 1D, découplage, tri par parité, expérience 2D COSY hétéronucléaire.
Niveau requis Notion de chimie organique de base
Modalités d\'évaluation Examen écrit : durée 2h
Responsable : AYAD Tahar, BIGEY Pascal, BRULE Emilie, DARSES Sylvain, DE MONTIGNY Frédéric,
HAQUETTE Pierre, PHANSAVATH Phannarath, TOULLEC Patrick
Période : Automne
Heures :36
Crédits ECTS : 2
CMB_SR12 Groupes fonctionnels : synthèse et réactivité
Objectifs :
Le premier objectif est d’acquérir les bases de la chimie organique comme outil pour le développement de
procédés de synthèse.
Le deuxième objectif est de donner les outils nécessaires à la compréhension et l'analyse de mécanismes des
processus qui mènent aux produits organiques recherchés et de faire une rationalisation de la réactivité de
molécules et d'intermédiaires.
Contenu du cours :
I. Alcènes
A. Généralités
1) Structure, nomenclature
2) Propriétés spectroscopiques
3) Stabilités relatives des alcènes
B. Réactions des alcènes
1) Additions électrophiles
2) Addition de l'hydrogène
3) Addition des organoboranes: hydroboration
4) Halogénation en a de doubles liaisons
5) Réactions d’halogénation en position allylique (NBS)
6) Réaction d’oxydation en position allylique: O2, SeO2
7) Ene réaction
8) Réactions d’addition radicalaire
9) Réaction de cyclopropanation
10) Réactions d’oxydation des oléfines
11) Concepts importants
II. Diènes
A. Généralités
1) Les divers types de diènes
2) Stabilités relatives des diènes
3) Caractéristiques spectrales
4) Conformations s-cis et s-trans
5) Orbitales moléculaires du butadiène
B. Propriétés chimiques
1) Réaction de cycloaddition [4+2] (Réaction de Diels-Alder)
2) Rôle du diénophile
3) Stéréospécificité
4) Approches endo et exo
5) Interprétation orbitalaire
6) Régiosélectivité
7) Réaction de rétro-Diels-Alder
8) Catalyse par les acides de Lewis
9) Réaction de Diels-Alder intramoléculaire
10) Réaction de Cope
11) Réaction de Claisen
III. Alcynes
A. Généralités
1) Nomenclature
2) Propriétés spectroscopiques
3) Acidité des alcynes terminaux
B. Propriétés chimiques
1) Réaction d’alkylation
2) Réaction d’acylation
3) Réaction d’aminométhylation
4) Réaction d’addition électrophile
5) Isomérisation des alcynes
6) Cyclisation de Bergman
7) Concepts importants
IV. Composés aromatiques
A. Généralités
1) Nomenclature
2) Propriétés spectroscopiques
B. Propriétés chimiques
1) Substitution électrophile aromatique
2) Réactions de formylation
3) Réduction des systèmes aromatiques
4) Réactions de substitution sur les halogénures aromatiques
5) Réactivité de la position benzylique
6) Concepts importants
V. Dérivés halogénés
1) Généralités
2) Réaction de substitution
3) Résumé de réactions
4) Substitution nucléophile SN
5) Mécanisme SN1
6) Mécanisme SN2
7) SN : facteurs déterminant le mécanisme
8) SN : Etude mécanistique
9) Réaction d’élimination
10) Mécanisme d’élimination E1
11) Mécanisme d’élimination E2
12) E1 / E2 : aspects stéréochimiques
13) Compétition substitution/élimination
14) Fragmentation de Grob
15) Elimination et réduction
16) Réduction
VI. Acides carboxyliques et dérivés
1) Généralités
2) Réactivité
3) Acidité
4) Basicité
5) Ordre de réactivité
6) Méthodes de préparation des acides carboxyliques
7) Méthodes de préparation des dérivés d’acide
8) Réactivité des chlorures d’acide
9) Estérification
10) Hydrolyse des esters
11) Méthodes de préparation des amides
12) Organométalliques
13) Réduction
14) Décarboxylation
15) Réaction de Arndt-Eistert
16) Amides et nitriles
17) Réactivité en α
18) Condensations
19) Alkylation d’un ester
20) Acides Alcools
VII. Aldéhydes et cétones
1) Généralités
2) Méthodes de préparation
3) Réactivité
4) Acétals
5) Thioacétals
6) Addition d’amine
7) Addition d’ylures d’hétéroéléments
8) Réaction de Wittig
9) Addition d’ylure de soufre
10) Oxydation
11) Réduction
12) Couplage sur le titane
13) Enols
VIII. Alcools
1) Généralités
2) Rupture de la liaison O-H
3) Rupture de la liaison C-O
4) Réaction avec les bases
5) Réactivité des alcoolates
6) Propriétés des phénols
7) Réactivité
8) Réaction avec les hydracides halogènes
9) Halogéno-alcanes
10) Halogénation des alcools
11) Réaction de déshydratation
12) Estérification
13) Oxydation
14) Réactions spécifiques aux phénols
15) Époxydation de Sharpless
IX. Ethers-Oxyde
1) Généralités
2) Méthodes de préparation
3) Réactivité
X. Epoxydes
1) Généralités
2) Réactivité
XI. Organométalliques
1) Généralités
2) Organolithiens
3) Organomagnésiens
4) Organocuprates
XII. Amines
1) Généralités
2) Elimination d’Hofmann
3) Acylation
4) Sulfonation
5) Nitrosation
6) Sels de diazonium
7) Réactions avec les dérivés carbonylés
8) Préparation des amines
XIII. Acides aminés
1) Généralités
2) Fonction acide
3) Fonction amine
4) Dégradation
XIV. Phosphore
1) Généralités
2) Nucléophilie
3) Réaction de Wittig
4) Réaction de Horner-Wadsworth-Emmons
5) Caractère thiophile
6) Réactifs fonctionnalisés
7) Réaction de Wittig et allylation
8) Applications de la réaction de Wittig
XV. Soufre
1) Généralités
2) Thiols
3) Sulfures
4) Sulfoxydes
5) Stabilisation des carbanions en  du soufre
6) Comparaison thioéthers/composés du sélénium
7) Dérivés à double liaison CS
XVI. Silicium
1) Généralités
2) Stabilisation des carbocations en ß
3) Stabilisation des carbanions en α
4) Liaisons Silicium-Hétéroatome
XVII. Bore
1) Généralités
2) Rupture de la liaison C-B
3) Hydroboration des liaisons multiples
4) Hydroboration des dérivés carbonylés
5) Réduction énantiosélective de cétones en alcools
6) Réaction de couplage et réductions
7) Réductions
XVIII. Etain
1) Généralités
2) Réaction d’échange étain-lithien
3) Réactions radicalaires
4) Réactions de couplage
XIX. Réactions d'oxydation
1) Généralités
2) Elimination d’atomes d’hydrogène
3) Rupture d’une liaison C-C
4) Substitution d’un hydrogène par un oxygène
5) Addition d’un atome d’oxygène
6) Réactions de couplage oxydant
XX. Réactions de réduction
1) Généralités
2) Substitution d'un oxygène (ou un halogène) par un hydrogène
3) Elimination d’atomes d’oxygène
4) Addition d’atomes d’hydrogène
5) Rupture de liaison
6) Couplages réducteurs
XXI. Protection des fonctions alcools, amines et carbonyles
1) Protection des alcools
2) Protection des diols et des carbonyles
3) Protection des amines
XXII. Glucides
1) Généralités
2) Chimie des sucres
3) Oxydations
4) Dégradation de Whol
5) Dégradation de Ruff et action de l’hydroxylamine
6) Protection et agrandissement
XXIII. Dérivés du zirconium
1) Hydrozirconation
2) Formation de métallacycles
3) Jonction de cycles
4) Réduction de cycles
XXIV. Dérivés du titane
1) Hydrotitanation
2) Réaction de Mac Murry
3) Formation de métallacycles
4) Réactif de Tebbe
Niveau requis
Bonne maîtrise de la chimie des fonctions organiques classiques, de la structure moléculaire des composés
organiques et des mécanismes réactionnels de la chimie organique Notions d’orbitales atomiques, hybridation,
structure des molécules, effets électroniques, stéréochimie, substitutions nucléophiles SN1/SN2, éliminations
E1/E2
Modalités d\'évaluation
Examen écrit (2 h) sans document ni calculatrice
Responsable : THOMAS Christophe, AYAD Tahar, BIGEY Pascal, DE MONTIGNY Frédéric,
HAQUETTE, Pierre, PHANSAVATH Phannarath, TOULLEC Patrick
Période : Printemps
Heures :47
Crédits ECTS : 4
FE-SM 12 Formation expérimentale en sciences des matériaux (structure, spectroscopies et propriétés)
Les travaux pratiques de première année sont essentiellement consacrés à l’apprentissage de compétences en
cristallographie – diffraction des rayons X, en élaboration des matériaux et dans les techniques
spectroscopiques appliquées à l’étude de matériaux oxydes ou de molécules modèles.
Ainsi les objectifs sont :
- la maîtrise des principales techniques physico-chimiques d’élaboration et de caractérisation des matériaux
- la sensibilisation des futurs ingénieurs à certains des enjeux actuels de la recherche en sciences des
matériaux
Techniques d’élaboration : réaction à l’état solide, co-précipitation, fusion et trempe de verres, dépôt de
couches minces.
Techniques de caractérisation : diffraction des rayons X et affinement structural par la méthode de Rietveld,
spectroscopies rotationnelle, IRFT, UV-Vis, XPS-ESCA.
Propriétés des matériaux : optique (laser, optique non linéaire), ferroélectricité, conductivité, opto-
électronique.
Niveau requis
Cristallographie, diffraction des rayons X, chimie du solide, mécanique quantique, interaction
rayonnement-matière (spectroscopies), optique
Modalités d\'évaluation
Contrôle continu : rédaction de compte-rendus à l'issue de chaque journée de travaux pratiques
Responsable : LOISEAU Pascal, AKA Gérard, BINET Laurent, GIAUME Domitille, GOLDNER Philippe,
GALTAYRIES Anouk, MAJERUS Odile, WIAME Frédéric
Période : Printemps
Heures :80
Crédits ECTS : 4
FE_CMB12 Formation expérimentale en chimie moléculaire
L'objectif de ces travaux pratiques est de former les élèves ingénieurs aux techniques de base de la synthèse
organique (montages classiques, réactions à basse température, réactions sous atmosphère inerte, distillation,
recristallisation, chromatographie sur colonne, ...), de l'analyse (CPG, FT-IR, RMN, ...) et de les sensibiliser
aux questions d'hygiène et de sécurité.
Au travers de synthèses multi-étapes en relation avec le cours et les TD, les élèves sont amenés
progressivement à travailler de façon autonome, à déterminer eux-mêmes par une recherche bibliographique
les voies de synthèse les mieux adaptées et à les mettre en œuvre.
Modalités d\'évaluation
Observation des élèves dans le laboratoire + comptes-rendus écrits.
Responsable : DARSES Sylvain, HAQUETTE Pierre, AYAD Tahar, BRULE Emilie, DE MONTIGNY
Frédéric, PHANSAVATH Phannarath, TOULLEC Patrick
Période : Printemps
Heures :98
Crédits ECTS : 6
SHSCE11 Introduction aux SHS appliquées au management et à l'entreprise
Il s'agit de proposer aux étudiants des clés de lecture leur permettant d'appréhender la réalité complexe des
entreprises.
Contenu du cours :
- L'entreprise, une réalité complexe.
- Éléments pour une approche économique de l'entreprise.
- Éléments pour une approche sociologique de l'entreprise.
- Éléments pour une approche psychosociologique de l'entreprise.
- L'ingénieur au travail : agent, acteur et sujet.
- L'organisation et son fonctionnement : lieu d'imbrication des logiques économiques, sociales et
psychosociologiques.
Niveau requis Aucun.
Modalités d\'évaluation Note de synthèse à rédiger en binôme.
Responsable : VERNAZOBRES Philippe
Période : Automne
Heures :1 6
SHSCE12 Introduction à l’économie et au management de l'innovation
L’objectif du cours est d’apporter aux élèves, la connaissance des mécanismes de base du fonctionnement de
l’économie afin de leur permettre de comprendre l’environnement économique des entreprises. Cette
introduction à l’économie est suivie d’une introduction au management de l’innovation, cœur de métier des
ingénieurs.
Contenu du cours :
Objet de l’analyse économique et concepts fondamentaux, marchés, prix
Introduction à l’analyse macro économique : concepts de base
L’équilibre macro-économique
Introduction à l’analyse économique de la monnaie
Introduction à l’économie du développement durable
L’innovation : concepts et définitions
Les fondements du management de l’innovation et du management de l’entreprise
Le développement de nouveaux produits et services
Niveau requis
Aucun.
Modalités d\'évaluation
1. QCM sur la plate forme d’enseignement à distance (50%)
2. Projet rédigé en binômes (50%)
Responsable : VERNAZOBRES Philippe
Période : Printemps
Heures :23
SHSCE13 Introduction au projet professionnel, l'industrie chimique et les métiers de l'ingénieur,
préparation au stage
L'objectif global de ce sous-module est d'initier chez les élèves, dès leur première année à l'école, une
réflexion individuelle sur leur projet professionnel en lien avec la réalité de l'industrie. Cette réflexion sera
poursuivie lors de la 2ème et de la 3ème année.
Contenu du cours :
- Séance de réflexion collective (groupes de 20) sur le projet professionnel.
- Entretien individuel de trajectoire professionnelle.
- Tables rondes sur les métiers de l'ingénieur, avec des ingénieurs ENSCP en poste dans l'industrie.
- Conférences sur les métiers de l'ingénieur et l'industrie chimique.
- Méthodologie de l'observation participante et élaboration d'une grille d'observation pour le stage facultatif de
découverte de l'entreprise de première année.
Niveau requis Aucun.
Modalités d\'évaluation
Suivi individualisé du projet professionnel. Pas d'évaluation quantitative formelle.
Responsable : VERNAZOBRES Philippe, DELAROUSSE Sylvie
Période : Automne & Printemps
Heures :17
LC_ANG1 Anglais - 1ère année
1er semestre
1/ Formation des groupes de niveaux : évaluation individuelle des élèves :
compréhension écrite et orale , compétence en vocabulaire et grammaire , expression orale : test type TOEIC
(2h), entretien individuel en anglais (10’) , fiche d’information sur les langues (LV1, LV2 : résultats du
baccalauréat , concours , séjours linguistiques , etc .)
2/ Révision des bases de la langue :
grammaire ( livre et travail en Cours et TD), vocabulaire situationnel anglais et américain ( livres avec
cassettes audio et polycopiés). Travail sur CD Roms en salle multimédia
3/ Anglais et communication écrite et orale dans l'entreprise :
Acquisition de vocabulaire, notions, méthodes, communication professionnelle :
- lettres, mémos, rapports
- téléphone (travail sur CD Rom et jeux de rôles)
- technique de l'exposé, entraînement à la compréhension et à la prise de notes, entraînement à la pratique du
débat : convaincre et négocier
4/ Cultures des pays anglophones
- Rappel de notions de base et approfondissement de certains thèmes : système éducatif (étude comparée des
systèmes français, anglais et américains ), vie culturelle, vie pratique, les média, etc.
- CD Roms en libre service en salle multimédia, livres et polycopiés, prêt de journaux, de magazines et de
cassettes
2e semestre
1/ Anglais scientifique : mise en place des bases
- livres et polycopiés
- utilisation de documents authentiques (recherche universitaire et entreprises). Travail sur Internet et CD
Roms
- langue : vocabulaire et stylistique
- méthodologie : abstracts, articles, posters, communications (exposés suivis de questions, débats), rapports
- situations : colloques, congrès (vocabulaire situationnel)
2/ Cultures des pays anglophones (suite)
3/ Préparation à la recherche de stages et d'emploi en anglais
- notions et outils de base en français et en anglais : lettre de motivation, CV, entretiens. Les stratégies de
recherche
- polycopiés bilingues ; atelier et étude de cas "recrutement" en anglais; découverte d’une situation
d’entreprise, sensibilisation à la communication interculturelle, mise en situation de recrutement , jeu de rôles
. Travail sur l’autoévaluation et les entretiens, étude de documents authentiques d’entreprises en anglais
(dossiers de candidature), techniques de recrutement : sites Internet en anglais
- évaluation de fin d’année: mise en situation : entretien individuel de 30 minutes en anglais sur le projet de
l’élève, avec documents en anglais (lettre de motivation, curriculum vitae, offre de stage)
Responsable : LE BOUSSE Jean
Période : Automne & Printemps
Heures :73
Crédits ECTS : 4
LC_LV21 Deuxième langue vivante - 1ère année
Le contenu des cours et leur conception pédagogique sont parallèles à la démarche suivie en anglais. Les
objectifs sont les mêmes : permettre aux ingénieurs et aux chercheurs de s’adapter à leur futur environnement
professionnel international.
Deux langues sont directement enseignées en deuxième langue vivante :
- allemand : 4 niveaux
- espagnol : 4 niveaux
L'enseignement de langues plus "rares" est organisé en commun avec 2 écoles voisines : l'ENSMP et l'ENS.
Sont proposées, entre autres : le japonais, le chinois, l’italien, l‘arabe, le russe et le portugais.
Pour les étudiants étrangers, l'enseignement de "deuxième langue vivante" est remplacé par un enseignement
de "Français Langue Etrangère", à raison également de 1h30 par semaine.
Développement d’une médiathèque de soutien : prêt de journaux, cassettes audio et CD Roms en salle
multimédia. Préparation aux tests de langues pour les élèves désireux d'effectuer un stage dans les pays
parlant la langue étudiée.
Un stage en entreprise à l’étranger est vivement recommandé.
Responsable : LE BOUSSE Jean
Période : Automne & Printemps
Heures :43
Crédits ECTS : 2
PTD1 Projet transdisciplinaire
Ce module de formation expérientiel a pour objectifs d'initier les étudiants de première année aux dimensions
gestionnaires, humaines et opérationnelles de la gestion d'un projet scientifique et/ou technique.
Il ne s'agit pas pour un tel module de proposer un plan d'enseignement, mais de décrire le dispositif mis en
place, les champs abordés et les compétences développées :
- Dispositif :
• Travail en équipe de 6 étudiants pendant 9 mois.
• Accompagnement par un enseignant-chercheur, "tuteur" du projet.
• Expérimentation, de manière tournante, de la fonction de chef de projet.
• Rédaction et soutenance d'un compte rendu opérationnel et managérial du projet.
- Champs abordés et compétences développées :
• Management d'un projet scientifique et/ou technique.
• Travail en mode non hiérarchique et développement de compétences de coopération et de coordination.
• Gestion de projet : planification, pilotage, alertes, boucles de rétroaction.
Niveau requis Aucun.
Modalités d\'évaluation Rédaction d'un rapport de projet et soutenance orale
Responsable : VERNAZOBRES Philippe
Période : Automne & Printemps
Crédits ECTS : 3
SDE12 Stage de découverte de l'entreprise
Depuis la rentrée 2010, ce stage est obligatoire et doit être mené à la fin des enseignements durant l'été, pour
une durée minimum d'un mois.
L'objectif de ce stage est la découverte du monde de l'entreprise.
Contenu :
- La posture d'observation participante.
- Grille d'analyse du stage :
• L'organisation d'une entreprise.
• Le contenu du travail d'un opérateur ou d'un technicien.
• L'organisation du travail.
• Le management et la GRH.
Modalités d\'évaluation
Rapport de stage.
Responsable : VERNAZOBRES Philippe, MALHEIRO Maria
Période : Printemps
Crédits ECTS : 2