chimie paristech - polytechnique montréal...responsable : goldner philippe, loiseau pascal, wiame...

Chimie ParisTech

LIVRET DES ENSEIGNEMENTS

PREMIÈRE ANNÉE

CURSUS INGÉNIEUR

CHIMIE PARISTECH

PREMIERE ANNEE DU CYCLE INGENIEUR

SEMESTRE 1

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


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


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.


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)


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


SEMESTRE 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


Examen écrit sans document

Responsable : AKA Gérard, LOISEAU Pascal, MAJERUS Odile


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)


un examen terminal en commun avec chimie du solide

Responsable : AKA Gérard, BARBOUX Philippe, LOISEAU Pascal


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


Examen écris

Responsable : BINET Laurent, GOURIER Didier, GIAUME Domitille, MAJERUS Odile, WIAME Frédéric


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


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


3) Acidité des alcynes terminaux


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


IV. Composés aromatiques

A. Généralités

1) Nomenclature



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


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


Examen écrit (2 h) sans document ni calculatrice

Responsable : THOMAS Christophe, AYAD Tahar, BIGEY Pascal, DE MONTIGNY Frédéric,

HAQUETTE, Pierre, PHANSAVATH Phannarath, TOULLEC Patrick


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


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


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.


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


Heures :98

Crédits ECTS : 6


SCIENCES HUMAINES ET SOCIALES, LANGUES, PROJETS, STAGES

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.


1. QCM sur la plate forme d’enseignement à distance (50%)

2. Projet rédigé en binômes (50%)



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.



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


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


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.


Modalités d\'évaluation Rédaction d'un rapport de projet et soutenance orale



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.


Rapport de stage.

Responsable : VERNAZOBRES Philippe, MALHEIRO Maria


Crédits ECTS : 2

chimie paristech - polytechnique montréal...responsable : goldner philippe, loiseau pascal, wiame...

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