M1 MatNum: in silico design de matériaux par les sciences du numériques

Philippe Lecoeur.

Cette UE se déroule sur l'ensemble de la période du premier semestre et est constituée de cours et de TD.

Cette UE, transverse aux enseignements dispensés au premier semestre, vise à établir les liens entre les différents domaines des matériaux, permettant aux étudiants d'acquérir une culture matériaux indispensable dans ce domaine pluridisciplinaire.
Les différents cours dispensés, associés à des travaux dirigés, traitent des propriétés des matériaux et des moyens associés pour les mesurer, permettant de remonter aux grandeurs physiques pertinentes (conductivité électrique et thermique pour un métal, comportement en température de la résistivité des semi-conducteurs en fonction du dopage, propriétés optiques des matériaux...). Pour chaque cours, les outils mathématiques indispensables au domaine sont rappelés et mis en œuvre au travers d’exercices.

Notions de base en physique et en chimie, outils mathématiques.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Costel Petrache Pierre Sénéor Madjid Anane.

Cette UE se déroule au début du premier semestre et est constituée de cours et de TD.

Description quantitative des phénomènes e?lectriques et magnétiques dans le vide et dans les milieux. Consolider les connaissances d'e?lectromagne?tisme pour faciliter la compréhension des méthodes d'analyse des matériaux.
Interaction e?lectrostatique, champ et potentiel e?lectrostatique, the?orème de Gauss, énergie e?lectrostatique, équations locales de l'e?lectrostatique, proprie?te?s des conducteurs, courants quasistationnaires, champ et force magne?tique, loi de Laplace, champ magne?tique cre?é par des courants permanents, the?orème d'Ampère, équations locales de la magne?tostatique, travail des forces magne?tiques, phe?nomènes d'induction e?lectromagne?tique, équations de Maxwell, ondes électromagnétiques dans le vide. Milieux diélectriques. Milieux aimantés.

Notions de base en physique, outils mathématiques.

J.P. Faroux, J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996 J.P. Faroux, J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998 J. Perez-Y-Jorba, Electromagnétisme, 3ème édition, Masson, 1997 E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, 1973 R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, Cours de physique (version française), InterEditions, Paris, 1977 C. Garing, Ondes électromagnétiques dans les milieux diélectriques, Ellipses, Paris, 1998.

Septembre - Octobre.

ORSAY

Andres Santander-Syro Marie-Pierre Gaigeot.

Cette UE est traité en fin de premier semestre et permet de mettre en lien un certain nombre de notions abordées dans les UE connexes "Electromagnétisme, magnétisme et matériaux", "Structure des solides : cristallographie-diffraction X" et "Structure des solides : microscopie électronique".

Comprendre et décrire la structure périodique des solides et les propriétés électroniques des bandes. Introduction aux calculs modernes, aux méthodes expérimentales modernes, et aperçus des matériaux et enjeux de la recherche actuelle en physique et ingénierie des Matériaux pour l’électronique.

Contenu du cours :
• Introduction-Motivations à la Physique des Solides
• Atomes et réseaux périodiques
• Influence du potentiel périodique sur les électrons – origine des bandes
• Electrons dans les solides
• Structure électronique de bandes, calculs modernes
• Aperçu des matériaux du futur et enjeux de la recherche autour des matériaux.

Notions de base en physique, outils mathématiques.

The Oxford solid state basics, S.H. Simon, Oxford University press (Marie-Pierre l’a également suggéré) Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel, Wiley Solid State Physics, Aschfrot & Mermin, Brooks/Cole Editors (EDP Sciences pour l’édition en Français).

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Nita Dragoe Loreynne Pinsard-Gaudart.

Cette UE est abordée en début de premier semestre et les notions vues en cours sont approfondies en TD et mises en pratique lors d'une séance de TP.

Ce cours a pour objectif l'initiation à la caractérisation structurale des solides organisés par l'utilisation de techniques de diffraction de rayons X.

Après une introduction à la cristallographie "géométrique", la description de la symétrie périodique est revue avec principalement la compréhension des notions de classe cristalline, les notations de groupe d'espace, symétrie de site, espace réciproque, sphère d'Ewald.
La détermination de la structure cristalline par diffraction X est abordée avec un descriptif des techniques expérimentales courantes. Le TP comportera une acquisition de données de diffraction X sur poudres et son « indexation ».

Notions de base en algèbre linéaire.

M. van Meerssche, J. Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, éd Peeters, Leuven, 1984 J. Als-Nielsen, D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley and sons, New York, 2004 G. Burns, M. Glazer, Space groups for solid state scientists, Academic Press, 2013.

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Jean-Marc Joubert Maylise Nastar Thomas Schuler.

Cette UE est constituée de deux blocs, un premier traitant des alliages à l'équilibre thermodynamique, le second des alliages en situation hors d'équilibre thermodynamique. Pour cette dernière, un TP numérique permet de présenter une des techniques développées à l'échelle atomique pour étudier les phénomènes de diffusion de matière, à savoir les simulations Monte Carlo cinétiques.

Cette UE se divise en deux grandes parties.
La première permet de se former à la lecture des digrammes de phases binaires et ternaires. Les fonctions thermodynamiques liées à la stabilité des différentes phases sont étudiées. On voit comment un diagramme de phases peut être calculé grâce à ces fonctions thermodynamiques et, enfin, comment, inversement, on peut modéliser un diagramme de phases ce qui permet la constitution de bases de données thermodynamiques (méthode Calphad). L'application de ces bases de données au développement de matériaux est également décrite.
La seconde vise à donner des bases de compréhension des phénomènes de transport de matière dans les solides qui sont à l’origine du vieillissement, des transformations de phase et de la réaction d’un système à un environnement extérieur. L’accent est mis sur les changements d’échelle pour lier les approches phénoménologiques à l’échelle macroscopique et les mécanismes de diffusion à l’échelle atomique. Les simulations numériques Monte Carlo à l’échelle atomique sont également présentées lors d’une séance de TP informatique. Les exemples traités dans le cours concernent les métaux, mais les mécanismes élémentaires et les méthodes présentées sont adaptables à d’autres classes de matériaux.

Notions de base en chimie, chimie du solide, thermodynamique chimique, outils mathématiques (équations différentielles, transformées de Fourier, loi binomiale).

Partie 1 : H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Computational Thermodynamics, the Calphad Method, Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo (2007). J. Philibert, A. Vignes, Y. Bréchet, P. Combrade, Métallurgie : du minerai au matériaux, Masson, Paris, Milan, Barcelone (1998).

Partie 2 : J. Philibert, dans « diffusion et transport de matière dans les solides », les éditions de physique, (1990). Bernard Diu, Danielle Lederer, Bernard Roulet, dans "Physique statistique", Edition Hermann, (1996). David Porter and K. E. Easterling, in

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

O. Grynszpan et monitorat d'enseignement.

Cours théoriques, travail pratique en petit groupe par l'exemple avec points d'avancement réguliers, avec contrôle continu.

Les thèmes suivants sont abordés : introduction à l'algorithmique; instructions élémentaires; bases du langage C; introduction à UNIX; fonctions et procédures; tableaux; sémantique; algorithmes de tris (e.g. bulle, rapide, fusion); notion de complexité; types abstraits (pré-objet).

Notions d'informatique.

Ouvrages standards de langage C et C++.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Michele Amato Alberto Zobelli.

Cette UE se déroule tout au long du premier semestre à raison d'une heure de cours et de deux heures de TP par semaine.

Cette UE vise donner les bases des méthodes numériques pour résoudre des problèmes de mathématiques, physique et sciences des matériaux. Ce travail se ferra en langage Python ; des cours dédiés permettent d'aborder les aspects fondamentaux qui sont ensuite mis en pratique au travers d'exemples concrets lors des séances de travaux pratique sur machines. Dans la première partie, les structures générales de la programmations (boucles, opérateurs logiques, structures des tableaux, fonctions…) serons abordées. Dans la seconde partie, on considérera les librairies les plus communes pour le calcul scientifique et la visualisation des données (math, numpy, scipy, matplotlib).

Outils mathématiques (analyse et algèbre linéaire).

Christian Hill, Learning Scientific Programming with Python, Cambridge University Press (2016).

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Gina La Rocca-Renaudin Philippe Jumel.

Les cours d'anglais sont dispensés de manière régulière à hauteur de 3h/semaine au cours du premier semestre. Les étudiant-e-s sont réparti-e-s en fonction de leur niveau à l'entrée du Master.

Poursuivre l'acquisition des bases linguistiques en langue anglaise et développer les capacités des étudiant-e-s à communiquer oralement et à l'écrit dans cette langue.

Pas de pré-requis.

Non pertinent.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Jacques Legras Darya Loyola.

Au travers de cours et travaux dirigés, quelques métiers du domaine des matériaux sont analysés afin d'aider les étudiants à identifier le/les secteur/s qui les intéressent plus particulièrement (recherche, fabrication, conception...dans le domaine des matériaux).

L'objectif de cet enseignement est d'aider à la rédaction de CV et de lettres de motivation dans la perspective de recherche d'un stage au second semestre.

Pas de pré-requis.

Non pertinent.

Octobre - Novembre.

Raphaël Haumont.

Cette UE est constituée de cours et de TD, complétés par la réalisation d'un projet bibliographique à mener en groupe.

Cette UE vise à donner les bases de la chimie du solide, mais aussi à introduire la notion de relation structure-propriétés en se basant sur des exemples actuels qui conduisent au développement de nouvelles applications. Elle se déroule selon le plan suivant :
- Etat solide, cohésion et liaison
- Le cristal réel
- Structure-propriétés : matériaux fonctionnels.

Notions de base en chimie et en thermodynamique, outils mathématiques.

Chimie des solides, J. F. Marucco, EDP Sciences.

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Laurent Daniel Denis Solas.

Cette UE est constituée de cours et de TD.

Cette unité d'enseignement doit permettre aux étudiants de comprendre comment l’étude de la microstructure d’un matériau peut souvent permettre de comprendre sa réponse à des sollicitations extérieures, qu’elles soient mécaniques, magnétiques, électriques ou thermiques. Cette compréhension des mécanismes physiques locaux permet souvent de mieux décrire quantitativement le comportement macroscopique. Le cours s’intéressera au comportement mécanique, ferroélectrique et ferromagnétique. La description des principaux mécanismes d’endommagement et de fatigue sera aussi abordée. A l’issue de ce module, on attend que les étudiants soient familiarisés avec la notion de lois de comportement, y compris lorsque les matériaux sont soumis à des sollicitations multiphysiques.

Notions de base en physique et en chimie, outils mathématiques.

Mécanique des matériaux solides, J. Lemaitre et J. L. Chaboche, Dunod. Des matériaux, J. P. Baïlon et J. M. Dorlot, Presses Internationales Polytechnique. Matériaux - Ingénierie, science, procédé et conception, M. F. Ashby, H. Shercliff et D. Cebon, PPUR. Matériaux vol. 1 - Propriétés, applications et conception, M. F. Ashby et D. R. H. Jones, Dunod. Matériaux vol. 2 - Microstructures et procédés de mise en oeuvre, M. F. Ashby et D. R. H. Jones, Dunod.

Janvier - Février.

ORSAY

Mutualisé et piloté 50% Ecole CentraleSupelec, 50% Paris-Saclay (mutualisé Master CHIPS) 1 coordinatrice (M.P. Gaigeot, UEVE), 1 intervenant institutionnel (J. Creuze, Univ Paris-Saclay).

2h de cours par semaine impliquant un travail en autonomie et personnel complémentaire, et travaux pratiques en groupe pour une approche de la méthode par l'exemple.

Introduction à la méthode de physique et chimie théorique et computationnelle la plus répandue et la plus utilisée en pratique, notamment dans le domaine des matériaux et de leurs interfaces (solide-solide, solide-air, solide-air-molécules, solide-liquide, solide-liquide-molécules, etc). Introductions aux équations théoriques, aux approximations sous-jacentes, aux fonctionnelles développées dans la littérature (LDA, GGA, hybrides, meta-GGA), aux bases électroniques (gaussiennes, ondes planes), pseudopotentiels, et aux limites d'utilisation de chaque catégorie de fonctionnelles en prenant des exemples de la littérature. Les exemples traités porteront sur les applications des matériaux dans des domaines diversifiés tels que la conversion d'énergie, les diagrammes de phase pour l'aéronautique, le design de matériaux innovants, ....

Introduction à la physique du solide et en particulier à la partie électronique de ce cours (i.e. résolution de l'équation de Schrödinger électronique de solides à N-électrons).

Methods of electronic structure calculations, M. Springborg, Wiley, 2000

Electronic structure, basic theory and practical methods, R.M. Martin, Cambridge University Press, 2005

Density Functional Theory, An advanced course, E. Engel, R.M. Dreizler, Springer, 2011.

Janvier - Février - Mars.

Mutualisé et piloté 100% Ecole CentraleSupelec 1 coordinatrice (M.P. Gaigeot, UEVE).

2h de cours par semaine impliquant un travail en autonomie et personnel complémentaire, et travaux pratiques en groupe pour une approche de la méthode par l'exemple, points d'avancement réguliers, évaluation sur la base d'un contrôle continu.

Statistical Physics and relationships with molecular dynamics/Monte Carlo simulations for materials.

Basis in statistical physics (L3).

Computer simulation of liquids, M.P Allen & D.J. Tildesley, Oxford Science Publications, 1989

Understanding molecular simulations, from algorithms to applications, D. Frenkel & B. Smit, Academic Press, 2002.

Janvier - Février - Mars.

La coordinatrice, et un monitorat d'enseignement.

Cours théoriques, travail pratique en petit groupe par l'exemple avec points d'avancement réguliers, évaluation avec contrôle continu.

Savoir concevoir, implémenter et interroger une base de données relationnelle; Savoir écrire une requête en algèbre relationnelle et la traduire en SQL; Connaitre les limites de l'expressivité de l'algèbre et de SQL.

Bases d'informatique.

Ouvrages traitant des bases de données (SQL).

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Encadrements de projets : M.P. Gaigeot, A. Cimas, Y. Jeanvoine, N. Basdevant, tous à l'UEVE, CEA, Compagnie Materials Design Autres acteurs industriels ayant manifesté leur intérêt pour proposer des projets et encadrer sur site : VEDECOM, EDF Photovoltaique, Safran, IFPEN.

Travaux sur projets directement sur machines. Ces projets pourront être en lien avec le parcours Matériaux Fonctionnels et Applications pour traiter en groupe à la fois la partie théorique et la partie expérimentale. Le travail se fera par des points d'avancements réguliers, évaluation sur présentations finales des réalisations devant une audience d'experts académiques et industriels.

Travaux sur des projets à partir de questions précises venant des industriels.

UE Simulations numériques pour les matériaux et UE Informatique pour le calcule scientifique.

Biblio des UE Simulations numériques pour les matériaux et UE Informatique pour le calcule scientifique.

Février - Mars - Avril - Mai - Juin.

EVRY