FICHE DESCRIPTIVE DE COURS A1

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FICHE DESCRIPTIVE DE COURS CODE A1 SEMESTRE S9 INTITULÉ MATERIAUX ET NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L’ENERGIE Michèle GUPTA (Pr, P11) ANIMATEUR PÉDAGOGIQUE EQUIPE - Michèle GUPTA (Pr., P11) PEDAGOGIQUE - Michel LATROCHE (DR) et TP : Jean-Marc JOUBERT (CR), UPR209 Thiais - Anne-Laure SAUVET, C. LEVY-CLEMENT (CNRS Thiais) - Carole SENTEIN (LITEN-CEA), H. GALIANO (CEA Le ripault) CREDITS ECTS 3 ECTS DURÉE EN SEMAINES : 1 PRE-REQUIS Homogénéisation des acquis, Majeures souhaitées ( Matériaux en évolution, Surfaces interfaces et environnement , Physique des matériaux, Microstructures et propriétés mécaniques ) NOMBRE D'HEURES EN PRESENTIEL CM : 27 H TP : 3 H Volume horaire total = 30 Heures OBJECTIFS - Après une introduction très générale sur les problèmes énergétiques, les contraintes, les diverses solutions envisagées, nous nous limiterons à l’approfondissement de quelques unes des nouvelles technologies ainsi qu’aux propriétés des grandes familles de matériaux mis en jeu. L’objectif est de transmettre, dans chacun des quatre chapitres abordés, de solides connaissances fondamentales sur les matériaux et les principes de base des technologies, et de faire découvrir aux étudiants les limites et verrous actuels des recherches, ainsi que les perspectives envisagées. Il s’agira donc de conduire les étudiants à réfléchir sur les domaines de recherches actuels et de les préparer ainsi à un travail de thèse dans le domaine des matériaux ...

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FICHE DESCRIPTIVE DE COURS CODE A1 SEMESTRE S9 INTITULÉ MATERIAUX ET NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L’ENERGIE ANIMATEUR Michèle GUPTA (Pr, P11) PÉDAGOGIQU E EQUIPE GUPTA (Pr., P11) - Michèle PEDAGOGIQUE -Michel LATROCHE (DR) et TP : Jean-Marc JOUBERT (CR), UPR209 Thiais -Anne-Laure SAUVET, C. LEVY-CLEMENT (CNRS Thiais) -Carole SENTEIN (LITEN-CEA), H. GALIANO (CEA Le ripault) CREDITS ECTS 3 ECTS DURÉE EN SEMAINES : 1 PRE-REQUIS Homogénéisation des acquis, Majeures souhaitées ( Matériaux en évolution,Surfaces interfaces et environnement ,Physique des matériaux, Microstructures et propriétés mécaniques ) NOMBRE D'HEURES EN PRESENTIEL CM: 27 HTP: 3 H Volume horaire total = 30 Heures OBJECTIFS - Après une introduction très générale sur les problèmes énergétiques, les contraintes, les diverses solutions envisagées, nous nous limiterons à l’approfondissement de quelques unes des nouvelles technologies ainsi qu’aux propriétés des grandes familles de matériaux mis en jeu. L’objectif est de transmettre, dans chacun des quatre chapitres abordés, de solides connaissances fondamentales sur les matériaux et les principes de base des technologies, et de faire découvrir aux étudiants les limites et verrous actuels des recherches, ainsi que les perspectives envisagées. Il s’agira donc de conduire les étudiants à réfléchir sur les domaines de recherches actuels et de les préparer ainsi à un travail de thèse dans le domaine des matériaux et nouvelles technologies de l’énergie. CONNAISSANCES - COMPÉTENCES ACQUISES -Approfondissement des connaissances fondamentales de base (Physico-Chimie des Matériaux, Thermodynamique, Electrochimie, etc…). -Capacité de synthèse et d’intégration des connaissances acquises dans des cours différents, pour concevoir un problème de recherche. -Capacité de faire une mise au point critique (les avancées et les verrous) des recherches actuelles et de réfléchir aux solutions envisagées. CONTENU DETAILLE DE L'ENSEIGNEMENT Programme : 1°) Matériaux de stockage de l’hydrogène 2°) Stockage électrochimique 3°) Matériaux pour les piles à combustible 4°) Matériaux pour le photovoltaïque Introduction générale: Les énergies nouvelles, pourquoi ? Les enjeux socio-économiques. Les solutions envisagées. Les matériaux. I. Matériaux destockage de l’hydrogène: Stockage réversible dans les matrices métalliques : : dissociation de HThermodynamique et cinétique des réactions solide-gaz 2 la surface, diffusion, à mécanismes de nucléation et croissance des phases hydrures. diagrammes de phases. Tenue au cyclage et hystérésis, rôle des propriétés microstructurales. Propriétés structurales et physicochimiques des hydrures de composés intermétalliques des principales familles : AB, AB 2 , AB 5 (A et B éléments de transition ou terres rares), composés à base de Mg… Relation entre propriétés physicochimiques et thermodynamiques (stabilité, enthalpies de formation, capacité maximum d’absorption d’hydrogène..) Autres matériaux de stockage : aluminohydrures, borohydrures, matériaux carbonés.

Applications II. Stockage électrochimique-Les matériaux: Principes de fonctionnement le principe des générateurs électrochimiques (piles et accumulateurs), capacités de stockage, potentiel d’équilibre, durée de vie en cyclage, autodécharge, cinétique électrochimique. Les différents types de piles et accumulateurs électrochimiques au plomb (plomb acide) batteries alcalines :  Ni-Cdet Ni-Hydrure métallique : matériaux, réactions, caractéristiques au lithium (lithium-métal, lithium-ion) : principe de l’insertion électrochimique, matériaux d’insertion III. Matériaux pour les piles à combustible: la technologie à électrolyte polymère solide (PEMFC): les matériaux polymères perfluorosulfonés (microstructures, propriétés), la réduction électrochimique de l’oxygène (électrocatalyse), nanoparticules de métaux nobles. : matériaux à conduction ionique, électrocatalyseles piles à combustibles haute température (SOFC) haute température Approche expérimentale:3 h Montage et mise en œuvre d’une batterie nickel/ hydrure métallique. IV. Matériaux pour le photovoltaïque: Rappel du principe et caractéristiques des piles photovoltaïques. Matériaux Semiconducteurs(principalement Si , semiconducteurs III-IV et alliages ternaires et quaternaires) Structure cristallographique, liaison chimique, structure de bandes et origine du gap, nature du gap (direct, indirect). Comment moduler la valeur du gap pour les applications ? Sélection des matériaux. Electrons et trous dans les semiconducteurs: semiconducteurs à l’équilibre- Impuretés et dopages (n ou p)- semiconducteurs sous tension- propriétés de transport. Processus de photoabsorption et mécanismes de recombinaison. ; hétérojonctions p-: ( métal-semiconducteur), semicond.-semicond. (p-n; p-i-nLes jonctions n). Porteurs et densités de courant à l’obscurité, sous éclairage, sous champ. Etats de surface et interface. Matériaux pour films minces photovoltaïques: Films Si amorphe, Si microcristallin- Films polycristallins CdTe, CuInSe 2 , CuInGaSe 2 …- rôle des défauts- Matériaux polymères. Elaboration des matériaux. METHODES D'ENSEIGNEMENT: - Cours,conférence, approche expérimentale, analyse d’articles de recherche. L’objectif visé est de privilégier l’éveil de l’intérêt de l’étudiant, sa réflexion et sa créativité. DATE DE DERNIERE MISE A JOURMARS 2007