M1 - Chimie séparative, matériaux et procédés (MAT P2)

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Ce cours de chimie des solutions a pour but d’introduire les différents concepts nécessaires à l’étude des mélanges liquides complexes mis en œuvre en chimie séparative. L’approche proposée est principalement thermodynamique. On explique en particulier le rôle des effets de concentration, au delà des lois idéales valables seulement pour les solutions diluées.

CM : 12 H

TD : 8 H

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This lecture, entirely provided in English, gives a basic introduction into crystallography and electron diffraction for beginners. X-ray diffraction is an important characterization technique in modern chemistry the majority of crystalline structures in inorganic and organic solids have been solved by this method. It is therefore of importance for all students to have an understanding of its basic concepts and instrumentation. The course provides explanations and principles of X-ray diffraction together with the geometry and symmetry of X-ray patterns. Beside interaction principles of X-rays and matter, it treats how to obtain quantitative intensities for single crystal and powder diffraction patterns. It naturally includes the understanding of lattice planes and the reciprocal lattice concept together with the Ewald sphere construction. Further on it gives a basic understanding of the Fourier transform relation between the crystalline structure and the diffracted intensities as well as the reciprocal lattice concept.

Electron diffraction is a complementary technique to X-rays that provides information in terms of symmetry and geometry on the materials studied. In this course, we will therefore approach the description of the method for obtaining electron diffraction pattern and their interpretation. We will be able to obtain the lattice parameters, the reflection conditions as well as the groups of possible spaces.

This lecture serves also as the introductory part to the lecture Electron Microscopy and Crystallography II

CM :14

TD :6

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- Rappel de thermodynamique des systèmes monocomposants.

- Notions de base de thermodynamique des systèmes multicomposants. Potentiel chimique, relation de Gibbs-Duhem, variance.

- Notions sur les techniques d’analyses thermiques qui permettent la construction des diagrammes binaires/ternaires: ATG, ATD et DSC

- Construction et interprétation des diagrammes de phases binaires à partir de grandeurs thermodynamiques. Diagrammes d’enthalpie libre de Gibbs, pression et température en fonction de la composition du mélange binaire. Mélanges liquide-liquide, liquide-vapeur, solide-liquide.

- Transformation de phases : transitions de premier et deuxième ordre, points critiques. Exemples.

- L’état supercritique : définition, propriétés thermodynamiques, applications industrielles les plus étendues.

- Construction et interprétation des diagrammes de phases ternaires : variance, définitions eutectique ternaire, péritectique premier et second ordre, coupe isotherme, étude du refroidissement des alliages.

Volumes horaires* :

CM :13

TD :7

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Cette unité d’enseignement aborde les différents éléments de base permettant de comprendre les phénomènes de radioactivité naturels ou artificiels. Il s’agit de mettre en place tous les concepts liés aux phénomènes de filiation, aux familles naturelles radioactives et aux conséquences environnementales associées, aux méthodes de datation, aux méthodes de production des radionucléides et à leur utilisation dans différents domaines ainsi qu’aux apports anthropiques. Différents exemples relevant, par exemple, de l’industrie, de l’énergie nucléaire, de la radiochimie, de la géochimie et de la médecine nucléaire viendront étayer les concepts de base abordés.

Volumes horaires* :

CM : 12h

TD : 8h

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Les polymères sont partout autour de nous : on les mange, on s’habille avec, on construit des édifices extrêmement complexes à partir de polymères. Des technologies matures aux matériaux les plus innovants, les polymères constituent une brique de construction cruciale pour construire le monde de demain. Dans ce cours, nous aborderons plusieurs aspects comme la synthèse contrôlée des polymères et des matériaux réticulés, la modification de surface par les polymères, quelques outils de caractérisation adaptés aux polymères et enfin une dernière partie développant les dernières avancées impliquant les polymères.

Volumes horaires* :

            CM : 13h

            TD : 7h

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Une approche générale de la chimie en solution aqueuse des éléments actinides sera développée à travers des notions de thermodynamique et de cinétique, de potentiels rédox, et d’hydrolyse et de complexation. De manière à étayer ces notions, des exemples concrets tirés de l’industrie, du recyclage ou de l’environnement seront abordés.

Volumes horaires* :

            CM : 11h

            TD : 9h

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Le module HAC720C traite, en 5 grandes parties, des « matériaux inorganiques avancés ». La 1^ère partie est dédiée aux généralités sur les matériaux inorganiques et aborde les relations structure-propriétés ; une attention particulière est apportée à la liaison chimique, le cristal réel, et le solide polycristallin ; les différentes classes de matériaux inorganiques sont décrites. La 2^nde partie porte sur les matériaux céramiques (définitions et propriétés) et leurs synthèses (matières premières dont argiles, mise en forme, séchage et déliantage, frittage) ; une distinction est faite entre les céramiques traditionnelles et les céramiques techniques (voies de synthèse des céramiques oxydes et non oxydes). La 3^ème partie concerne les verres (classification et voies de synthèse) et les vitrocéramiques (dévitrification et chimie douce) ; leurs propriétés et leurs applications sont également traitées. La 4^ème partie est dédiée aux métaux : propriétés des métaux et des alliages métalliques ; nanoparticules métalliques ; et, matériaux catalytiques. La 5^ème partie est consacrée aux matériaux inorganiques développés pour l’énergie ; céramiques (oxydes et non oxydes ; nanostructurés) et hydrures métalliques sont décrits (propriétés et synthèses) au travers de plusieurs exemples et dans le contexte de leurs applications (accumulateurs, stockage de l’hydrogène et captage du dioxyde de carbone).

Volumes horaires* :

CM : 13h

TD : 7h

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Cette UE permet l'acquisition des connaissances de base et des compétences transversales dans le domaine des colloïdes et des interfaces, communes aux différents parcours de la mention Master Chimie (Chimie des Matériaux, Chimie Séparative, Matériaux et Procédés, ICAP Ingénierie des Cosmétiques, Chimie des Biomolécules). Elle est également proposée aux étudiants internationaux intégrant le cursus SFRI de l’Université de Montpellier où l'enseignement est dispensé en anglais. Une présentation introductive portant sur les notions et les concepts de base permettra de découvrir et de mieux comprendre les principales propriétés physico-chimiques des dispersions colloïdales, des colloïdes associatifs, et des solutions de macromolécules, ainsi que les paramètres et les phénomènes régissant la stabilité dans des dispersions colloïdales et des systèmes mixtes solutions-colloïdes. Puis, un enseignement pratique interdisciplinaire s’appuyant sur le principe de la classe inversée sera proposé pour aider les étudiants à construire et à approfondir leurs connaissances grâce à une analyse individuelle et collective des diverses applications des phénomènes et des systèmes colloïdaux et interfaciaux.

Volumes horaires* :

CM : 7

TD : 13

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RMN :

La RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) en phase liquide est une méthode spectroscopique d'analyse incontournable pour le chimiste, permettant notamment de déterminer la structure de petites molécules organiques ou macromolécules en solution, l'étude des phénomènes dynamiques... Cette UE a pour objectif de comprendre les phénomènes mis en jeu dans cette technique et de les relier aux différentes informations structurales accessibles par cette méthode. Le but est d'être capable d'exploiter les données spectrales issues de cette analyse pour élucider la structure et la stéréochimie de molécules organiques ou les structures de polymères, ou encore, pour réaliser le suivi de réaction.

Diffraction des rayons X :

La diffraction des rayons X est une technique puissante et non-destructive de caractérisation de la structure cristalline des matériaux mais également, capable de fournir des informations cristallographiques et structurales comme les paramètres de maille et les positions des atomes. Ceci comprend tous les matériaux cristallisés comme les céramiques, les matériaux pour le stockage et la transformation de l’énergie et de l’information ainsi que les molécules organiques et les complexes métalliques (distances et angles interatomiques, stéréochimie (chiralité, stéréoisomérie…), liaisons intra et intermoléculaires…). L’objectif de cette UE est une initiation à la cristallographie et à la diffraction, dont le but est de comprendre le fonctionnement et les caractéristiques d’un diffractomètre à rayons X, ainsi qu’interpréter des diagrammes de diffraction (analyse structurale, paramètres de maille).

Volumes horaires* :

            CM : 10

            TD : 10

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Cette UE abordera les notions fondamentales et outils pratiques relatifs à la chimiométrie au travers de :             -     l’analyse statistique de données ;

• les lois de probabilité ;
• l’estimation par intervalle de confiance ;
• les tests paramétriques et non paramétriques.

Une initiation aux plans d’expériences sera proposée en fin de module.

Volumes horaires* :

CM : 7h

TD : 13h

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Le programme de cette UE est centré sur la description des principes et des applications des principales méthodes pour la caractérisation structurale de solides, films minces, surfaces et interfaces, ainsi que plusieurs exemples d’applications en chimie des matériaux. Il comprend les techniques suivantes.

• Introduction en RMN solide (Signal RMN, Interactions en RMN solide, Rotation à l’angle magique, Séquences RMN, Polarisation croisée, Instrumentation, etc.)
• Microscopie électronique : principe et application des microscopies électroniques à balayage et en transmission et des techniques corrélées (microanalyse EDS).
• Méthodes spectroscopiques : spectroscopie Raman, spectroscopie de photoélectrons, spectroscopies des rayons X (XAS, XRF, etc.), spectrométrie Mössbauer.

Volumes horaires* :

            CM : 10 h

            TD : 10 h

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Cette unité d’enseignement est dédiée à l’approfondissement des bases de chimie organique et de chimie de coordination vues en L3 et à l’acquisition de notions liées à l’ingénierie moléculaire et en chimie moléculaire. L’UE comporte des enseignements dispensés en cours magistraux et travaux dirigés. Les étudiants travailleront en amont de certains cours et travaux dirigés avec des documents de cours fournis permettant que les enseignements en cours et en TD puissent leur permettre d’être pleinement acteurs de la formation, de comprendre les notions présentées ainsi que les compétences à acquérir. Le programme de progression et les activités seront proposés. Pour les étudiants qui n’ont pas vu les bases élémentaires de la chimie de coordination et de la chimie organique, les documents seront mis à disposition.

Chimie de coordination : L’enseignement abordera les différents aspects des complexes de métaux de transition et des lanthanides, des matériaux moléculaires (complexes polynucléaire et polymères de coordination ayant de structures étendues (MOFs, etc.)) ainsi que leurs propriétés et applications. Les aspects structuraux, la description de la liaison, les propriétés, ainsi que les aspects liés à la stabilité et la réactivité seront abordés. Un accent sera mis sur l’effet de complexation et sur la stabilité des complexes des métaux, des lanthanides et des actinides avec certains ligands en vue d’applications dans les domaines biomédical (imagerie et thérapie), de la décontamination (domaine nucléaire), etc. Les propriétés électroniques (relaxivité, magnétisme) et optiques (absorption, luminescence) de ces complexes seront abordées et mises dans le contexte des applications dans divers domaines, tel que l’imagerie, l’électronique, les capteurs, etc.

Chimie Organique : L’enseignement s’appuie sur les connaissances acquises en Licence et abordera au travers d’une étude raisonnée les principaux mécanismes réactionnels de la chimie organique et permettra de donner un socle commun à l’ensemble des étudiants du Master Chimie. Les principaux processus (substitution, addition, élimination, transposition…) et leurs caractéristiques essentielles et applications aux séquences mécanistiques seront examinés. Ce cours doit permettre à l’étudiant de disposer d’outils généraux d’analyse des mécanismes (ioniques, radicalaires, concertés) pour appréhender ces mécanismes dans leur variété.

Volumes horaires* :

CM : 13 H

TD : 7 H

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Le projet professionnalisant assure la jonction entre les travaux pratiques classiques et le stage en laboratoire ou en entreprise. Il est réalisé sous la forme d’un projet tuteuré consistant en une mise en situation professionnelle de l’étudiant à travers un travail collaboratif (de groupe) basé sur la réalisation d’un projet en réponse à une problématique fixée par une entreprise, collectivité, association ou un universitaire. Il fait partie du tronc commun du Master Chimie et s’effectue sous la responsabilité d’un membre de l’équipe pédagogique tuteur (universitaire ou industriel). Mené tout au long du semestre, ce projet vise à mettre en relation et ancrer les connaissances/savoir-faire acquis dans le cadre de la formation universitaire de Licence et de début de Master à travers cette mise en situation professionnelle. Ces mises en situation seront en lien direct avec le parcours de Master choisi par les étudiants. En plus des compétences disciplinaires de la chimie, d’autres compétences relationnelles, organisationnelles et en communication, intrinsèquement liées à la conduite de projets, seront également acquises et armeront les étudiants pour leur future vie professionnelle.

Répondre à une problématique de recherche : exemple de synthèse de nouveau matériaux phosphorescents.

Volumes horaires* :

CM : 5h

TD : 5h

TP : 40h

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Cette unité d’enseignement aborde les différents aspects liés à la radiochimie et à la chimie à l’échelle des indicateurs. Après avoir décrit les propriétés chimiques des radioéléments et abordé les facteurs d’échelle liés à l’utilisation des radioéléments/radionucléides à l’échelle des indicateurs, les notions de microcomposant et de macrocomposant seront abordées ainsi que les conséquences cinétiques et thermodynamiques sur le développement des réactions. Dans un second temps, les différentes méthodes radiochimiques couramment utilisées seront introduites : méthodes d’extraction et de purification, utilisation de vaches radioactives, méthodes d’électrodépôt, de syncristallisation ou de précipitation par entraînement, marquage et dilution isotopiques.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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Un stage d’une durée de 2 à 4 mois doit être effectué dans un laboratoire de recherche ou une entreprise spécialisée en chimie extractive ou séparative, en chimie du recyclage, en radiochimie, en chimie des matériaux ou en chimie des procédés. Ainsi, les étudiants auront la possibilité d’effectuer ce stage de fin d’étude au sein de laboratoires de recherche académiques ou d’établissements industriels. Sous réserve de l’acceptation préalable de l’équipe pédagogique (sujet de stage en lien avec les enseignements du master et environnement/moyens adéquats), l’étudiant pourra rechercher une équipe d’accueil en milieu académique dans les instituts du Pôle Chimie de l’Université de Montpellier, dans des laboratoires académiques hors de l’Université de Montpellier (en France ou à l’étranger) ou en secteur privé (en France ou à l’étranger). 

Ce stage d’une durée de 2 à 4 mois pourra débuter à partir du début du mois de mai et sera précédé du rendu d’un rapport bibliographique en lien avec le sujet de stage et d’une soutenance orale devant un jury.

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Cette unité d’enseignement est mutualisée pour les étudiants MI du Master Chimie : parcours ICAP P1, ICAP P2, MAT P1, MAT P2, BM (semestre S2). Les sujets suivants seront traités :

• Les 12 Principes de la Chimie Vertes et les unités de mesure en Chimie Verte ;
• Stratégies de synthèse en chimie durable ;
• Solvant alternatifs ou éco-compatibles pour la synthèse et l’extraction ;
• Techniques d’activation non-conventionnelles et applications.

CM :  13

TD :   7 H

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Dans la première partie de cette unité d’enseignement, une approche générale des interactions rayonnement-matière sera développée en abordant les différentes interactions et les méthodes de détection associées. Une seconde partie développera toutes les notions de radioprotection au travers des effets des rayonnements sur la matière vivante ainsi que les moyens de protection adaptés pour l’homme et pour l’environnement.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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The goal of this course is to enable students with a chemistry background to understand the fundamentals of process engineering.

The course consists on two main parts that are illustrated by the same process.

In the first part of the course, a drying process will be used to introduce the most common heat and mass transfer phenomena found in process engineering, from which the dimensionless numbers can be derived. In the second part, the thermodynamic properties of the air/water vapour mixtures will be used to derive basic dimensioning rules for the same drying process.

This course will be entirely taught in English.

Volumes horaires* :

CM : 10

TD : 10

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Les matériaux « hybrides » constituent une nouvelle famille de matériaux, associant des ligands organiques connectant des entités inorganiques, est de plus en plus étudiée à la fois au niveau fondamental et applicatif.

Dans le cadre de cet UE, deux grandes catégories de matériaux hybrides seront abordées :

• Réseaux de Coordination et Metal-Organic Frameworks
• Materiaux organosilicés/carbonés

CM : 10 h

TD : 10 h

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Une approche générale des matériaux de confinement sera développée au cours de cette unité d’enseignement en abordant les propriétés d’usage recherchées, les différentes classes de matrices de confinement et les méthodes de synthèse associées. Seront aussi décrites les relations structure-propriétés en lien avec le confinement de radionucléides et/ou d’éléments toxiques chimiques. Les matériaux abordés seront de type verre, vitrocéramique ou céramique.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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Une approche générale de l’extraction liquide-liquide sera développée à travers des notions de thermodynamiques et de cinétique dans l’optique d’appréhender les mécanismes responsables de l’extraction ainsi que les processus ayant lieu à l’interface liquide-liquide. Les aspects fondamentaux d’autres types d’extraction (liquide-solide, par fluide supercritique, distillation) seront également abordés.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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Dans cette unité d’enseignement, une approche générale de la chimie en solvants non aqueux à haute température sera développée à travers des notions de réactivité chimique, de propriétés physico-chimique et thermochimique des oxydes, sels ou métaux fondus. Plusieurs études de cas seront abordées en lien notamment avec le cycle du combustible ou la chimie du recyclage.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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Cette UE abordera en petits groupes ou de manière personnalisée les outils pédagogiques et bonnes pratiques relatifs à la communication et à l’insertion professionnelle, au travers de :

• bilans de connaissances, savoirs, compétences, savoir être et motivations ;
• sensibilisation aux techniques de recherche d’emploi ;
• rédaction de CV et lettre de motivation ;
• règles de communications orales et écrite ;
• simulations d’entretiens d’embauche.

Des mises en situation en lien direct avec les secteurs d’activités ciblés par les parcours des étudiants concernés seront proposées.

TP : 20h

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Cette unité d’enseignement aborde les différents aspects du cycle du cycle du combustible actuel et des cycles nucléaires futurs. Seront successivement abordées les notions relevant de l’amont du cycle (ressources minérales, extraction et purification de l’uranium, enrichissement isotopique), du passage des combustibles au sein des réacteurs nucléaires puis de l’aval du cycle (retraitement des combustibles usés, recyclage des matières valorisables et refabrication de combustibles, gestion des déchets nucléaires ultimes). Suivront alors plusieurs aspects relevant des cycles des combustibles nucléaires du futur, notamment l’utilisation de ressources non conventionnelles, les concepts de séparation poussée et le développement des réacteurs de quatrième génération.

Volumes horaires* :

            CM : 15h

            TD : 5h

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Une approche générale de la chimie de coordination des éléments f sera développée au travers des notions d’atomistique, de degré d’oxydation et de polyèdre de coordination dans le but de mettre en lumière les caractéristiques spécifiques des éléments f. Des comparaisons directes seront faites avec la chimie de coordination des éléments de transition et des applications en lien avec la chimie du nucléaire seront abordées.

Volumes horaires* :

            CM : 12h

            TD : 8h

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