chimie paristech - polytechnique montréal | polytechnique … · 2014-04-08 · module de...
TRANSCRIPT
LC3-AN Anglais
Objectifs : La troisième année représente l'aboutissement, la réalisation des objectifs professionnels des trois
années de formation du département d'enseignement "Langues et Cultures".
En anglais, l'objectif est de rendre les élèves capables de s'adapter de façon efficace à un environnement
professionnel international : recrutement, communication interculturelle, anglais scientifique et situations de
communication dans l'entreprise.
Programme
Module de préparation aux entretiens d'embauche en anglais
C'est la suite et l'aboutissement de la formation commencée en 1ère année : lettre, CV, entretiens.
- capacité à présenter son projet professionnel, sa formation, son expérience
- connaissance de soi, capacité à communiquer
- travail personnel sur documents authentiques d'entreprises (sites WEB de recrutement des entreprises en
anglais), ateliers
Le parcours se termine par une simulation individuelle d'entretien d'embauche en anglais
Module d'anglais scientifique et professionnel
Il s'agit de préparer les élèves à la présentation orale de leur stage ingénieur de 2ème année : préparation du fond
et de la forme, avec principalement une exploitation large du contenu scientifique, mais sans négliger les autres
centres d'intérêts du stage : la découverte d'une entreprise, de son environnement, de sa culture, des métiers, des
relations humaines. (cf 2ème année) (supports polycopiés, vidéos, CD Roms et sites d'entreprises sur Internet).
Module d'expression orale professionnelle et de communication interculturelle
L'expression orale est un domaine clé de la communication. Pour l'ingénieur, le chercheur, le cadre, la capacité à
présenter un projet, à le défendre, à dialoguer, à débattre, à négocier sera un élément déterminant de son
intégration au sein d'une équipe, d'une entreprise et de son évolution de carrière.
Les activités proposées sont des jeux de rôles et des mises en situation professionnelles : prise de parole en
public, présentations suivies de questions, réunions, débats, gestion de conflit et négociation (supports :
polycopiés, cassettes audio, vidéos et CD Roms)
Il s'agit aussi d'exploiter la dimension culturelle des stages à l'étranger et d'explorer la complexité de la
communication interculturelle. Les élèves sont préparés à l'international, la maîtrise d'une langue n'étant pas
suffisante pour bien communiquer avec les partenaires étrangers. Sensibilisation aux différences culturelles qui
façonnent notre façon d'appréhender le monde, de penser, de communiquer, de travailler, de nous comporter en
société.
Évaluation des connaissances et des compétences en anglais
Les examens écrits et oraux d'anglais de fin de formation ont pour but d'évaluer les élèves dans des situations
professionnelles :
Rapport de stage ingénieur de 2e année : Soutenance orale de 30 minutes et rapport de 4 pages. C'est un examen
propre au département d'enseignement "Langues et Cultures". Il consiste en un complément de la soutenance en
français effectuée avec les enseignements scientifiques de l'École. Il tient compte de la description de
l'environnement humain et culturel de l'entreprise et du travail scientifique réalisé.
Rapport de Tronc Commun scientifique : Un des rapports demandés dans le cadre du Tronc Commun
scientifique de 3ème année doit être rédigé en anglais. Rapport de 25 pages environ rédigé sur une étude réalisée
par une équipe de 3 élèves. (correction par un enseignant scientifique)
Projet de fin d'études de 3e année : La soutenance orale devant le jury scientifique est réalisée partiellement (la
moitié de préférence) en anglais et il est demandé - en dehors du rapport en français - un résumé de 4 pages en
anglais.
Obtention d'un score minimum de 750/900 au TOEIC :
Afin de répondre aux attentes de la Commission du Titre d'Ingénieur (CTI), le département prépare les élèves au
passage du test TOEIC avec l'exigence d'un score minimum de 750. Ce test permet de valider en externe le
niveau de langue anglaise des élèves et assure à celui-ci une visibilité pour les entreprises et l'international.
SHG.MCC3.CEI Communication, Entrepreneuriat, Insertion professionnelle
Séminaire « Communication et Compétences Managériales »
- Appréhender les bases de la communication interpersonnelle.
- Capacité à conduire une réunion et à animer un collectif.
- Acquérir les postures de base en négociation et gestion de conflits.
- Comprendre et agir dans un système complexe et organisé de communication.
Séminaires « Entrepreneuriat (initiation) et Gestion de Projets Innovants »
- Développer son esprit d’entreprise et ses aptitudes à entreprendre.
- Capacité à travailler en équipe avec des personnes ressources.
- Réaliser le montage d’un projet et de son business plan : aspects marketing, propriété intellectuelle et
aspects juridique, finance et planification financière.
- Capacité à présenter et défendre un projet.
Module de Préparation à la Recherche d’Emploi
- Capacité à aborder les situations d’entretiens d’embauche et d’assesment centers.
- Capacité à se présenter et à présenter son projet professionnel : motivation, parcours (études et stages),
choix et attentes professionnels, qualités, défauts.
- Capacité à présenter leurs apprentissages en termes qualitatifs et porter un regard autre que purement
scientifique ou technique sur leurs expériences de stages.
Responsable : Philippe VERNAZOBRES, Delphine BOURLAND
Période : Automne
Nombre d’heures : 82
Crédits ECTS : 2
SHG.MCC3.MEG Économie et Gestion
Économie Internationale
- Acquérir des bases de compréhension en économie internationale pour être capable de décrypter
l’environnement économique mondialisé de l’entreprise dans lequel les étudiants seront amenés à
évoluer professionnellement.
- Communiquer avec des interlocuteurs non scientifiques sur des sujets économiques
Thèmes :
Le commerce international et les stratégies de globalisation des entreprises
Définitions :Internationalisation, mondialisation, globalisation, …
Différentes théories : A. Smith, D. Ricardo, …
Fondements et organisation des échanges mondiaux
Notions de libre-échange et de protectionnisme
Organisation des échanges : du GATT à l’OMC
Le change et la balance des paiements
Taux de change (notions, marchés, détermination)
Balance des paiements, déséquilibres mondiaux, politique de changes
Ordres et désordres monétaires et financiers internationaux
Système monétaire international : historique, rôle du FMI
Exemple de la crise du change au Brésil (fin des années 1990 / début des années 2000)
Cycles économiques et crises : crise de 1929, crise des subprimes, crise de la dette publique américaine et
européenne
Contrôle de Gestion
Comprendre et mettre en œuvre la logique de formation des coûts.
Intégrer les conséquences-coût des décisions industrielles.
Comprendre et mettre en œuvre la logique du contrôle financier des activités et des projets.
Thèmes :
Introduction au contrôle de gestion et aux principes de calcul des coûts
Eléments de lecture d’un bilan et d’un compte de résultat
Méthodes des coûts complets, des coûts variables, seuil de rentabilité
Contrôle financier des coûts de production et des projets
Articulation plan stratégique et budgets
Coûts préétablis et calcul des écarts
Responsable : Philippe VERNAZOBRES, Delphine BOURLAND
Période : Automne
Nombre d’heures : 30
Crédit ECTS : 4
TC.EG.3.1 Energies : réalités et perspectives
1 - Introduction - Enjeux par Bernard BOULLIS vendredi 3 septembre de 14h à 17h30
Introduction aux enseignements et conférences
Énergie : définitions, unités, mesures, énergie finale, énergie primaire, vecteurs énergétiques
2 - Besoins en énergie par Bertrand BARRE vendredi 17 septembre de 9h à 12h30
Mise en perspective historique ; démographie ; Panorama actuel, répartition par secteurs, par régions ; Futur :
scénarios et incertitudes ; Les grands enjeux …
3 – Challenges technologiques des nouvelles énergies par Gilles COCHEVELOU
vendredi 8 octobre de 14h à 17 h30
4 - Énergies et climat par François-Marie BREON
vendredi 26 novembre de 9h à 12h30
Effet de serre, mécanismes, conséquences, scénarios ; séquestration, conversion CO2…
5 – Économie de l’énergie par Jacques PERCEBOIS vendredi 10 décembre de 14h à 17h30
Prix du kWh ; Politique et marché européens ; Contexte français ; Sécurité d’approvisionnement
6 - Énergies fossiles par Roland GEOFFROIS vendredi 21 janvier de 14h à 17h30
Concept de "peak oil", plafonnement des réserves pétrolières et gazières ; quel avenir pour le pétrole, quelles
énergies pour demain ?
TC.EG.3.2 Management des Risques
Objectifs
Ce cours est un prolongement de l’enseignement reçu en première année et a pour but de donner aux
étudiants les notions fondamentales, les méthodes et les applications qui permettent de projeter et d’opérer des
industries chimiques en toute sécurité par la prévention des accidents. Une présentation des grands accidents
industriels permettra d’identifier les dangers principaux responsables d’accidents sur sites industriels (explosions
de poussières, dangers de l’électricité statique, explosions physiques, emballements thermiques…).
Dans un deuxième temps, les étudiants devront procéder à l’analyse des risques chimiques d’un procédé
grâce à l’utilisation de différentes méthodes d’analyse des risques (HAZOP, What-if, Arbre des défaillances,
arbre des causes…). Les élèves réaliseront un projet par binôme et présenteront leur résultat sous forme d’une
présentation powerpoint. L’enseignement sera ensuite complété par des intervenants extérieurs qui traiteront les
aspects réglementaires en interne (Code du travail, CHSCT, HSE/médecin travail…) et en externe (REACH,
SGH/CLP, Seveso, les DRIRE).
Contenu
Explosions de poussières
- Données statistiques
- Mécanisme (explosion primaire et secondaire) et effets
o Effets de surpression : détonation et déflagration
- Grandeurs caractéristiques et classes d’explosion
- Analyses des paramètres intervenant lors de l’initiation et de la progression
o Energie d'inflammation : température d’auto-inflammation, température minimale
d’inflammation, énergie minimale d’inflammation
- Détermination expérimentale de quelques caractéristiques d’inflammabilité et d’explosivité des nuages
de poussières
o Indice de sévérité, indice de sensibilité, indice d’explosion
- Prévention et protection
o Mesures préventives : APR, inertage, élimination des sources ; réglementation (zones ATEX)
o Mesures protectrices : résistances à la pression, protection par isolement, par surpression, par
évents
- Exemples
Les Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (I.C.P.E.)
- Définition et responsabilité
- Moyens réglementaires, humains et financiers
o Régime de classement, Directives Seveso I et II, Plan d’Organisation d’Interne (POI), Plan
Particuliers d’Intervention (PPI), Maîtrise de l’urbanisme, Plan de Prévention des Risques
Technologiques (PPRT), …
- Chiffres clés et résultats
Management des risques
- Causes des accidents
- Modèles du processus de danger
- Processus de gestion des risques
o Recensement des risques
o Notions d’acceptabilité et de mitigation
- Analyse des risques : méthodes déductives et inductives ou mixtes et domaines d’application
o Arbre de défaillances : définition, construction, coupe minimale et barrières
o What-if : définition, construction
o Méthode HAZOP : objectifs, principe, limites et avantages
o Analyse Préliminaire des Risques(APR) : identification des dangers, évaluation et classement
des risques associés et propositions des mesures
o Arbre d’événements: Principe, étapes, probabilité, et structure
o Méthode AMDE(C) : Définition, structure et construction, notion de criticité
o Nœud Papillon : principe et applications
- Exemples
Mots clés
Fiches de données de sécurité (FDS) – Feux et explosions – Explosions de poussières – Hygiène industrielle -
Les DRIRE – SEVESO I et II – Risques électriques et directive ATEX – REACH – Le système SGH/CLP - Le
Responsable HSE –Méthodes d’analyse des risques – HAZOP – Arbre d’évènement – Arbre de défaillances –
What-if - Arbre des causes
Objectifs d’apprentissage
A la fin du cours, les élèves doivent pouvoir:
- Etre capable d’appréhender les risques chimiques à l’aide d’une FDS
- Faire l’analyse des risques d’un procédé au cours des phases de fonctionnement
- Démontrer la sureté de fonctionnement d’un procédé
- Mettre en place des barrières de sécurité sur un procédé (Prévention/Protection)
Responsable : Prof. Michael TATOULIAN
Période : Automne
Nombre d’heures : 18,5
Crédit ECTS : 1
TC.EG.3.3 Stratégie Industrielle
Volontariat International en Entreprise (VIE)
Propriété industrielle
Management stratégique
Colloques
UE01 - Les médicaments issus des biotechnologies : protéines recombinantes, polysaccharides et acides
nucléiques .
Pascal Bigey
Le but de cette UE, à l’interface de la chimie et de la biologie, est de présenter à un chimiste de
formation tous les concepts qui lui permettront d’être un interlocuteur privilégié lors d'un projet en
biotechnologies.
Actuellement, environ la moitié des médicaments mis sur le marché correspondent à des molécules
chimiques classiques obtenues par synthèse ou hémisynthèse organique, l'autre moitié étant des molécules
issues des biotechnologies. Ces dernières sont également très utilisées en tant qu'outils diagnostic performants
ou vaccins, et génèrent annuellement un chiffre d'affaire de l'ordre de 300 milliards d'euros. Ces molécules
peuvent être produites par synthèse (peptides, saccharides ou acides nucléiques courts), extraits de tissus ou
du sang (polysaccharides, immunoglobulines) ou par cultures cellulaires (acides nucléiques longs, protéines).
Quel que soit le mode de production, la chimie intervient sur ces molécules au niveau de leur purification, par
exemple utilisant la chromatographie d’affinité, de leur analyse (spectrométrie de masse en particulier), de la
formulation d'administration, au niveau moléculaire pour obtenir des produits plus stables, ou encore par
modification chimique (acides nucléiques ou protéines modifiés, couplés). Il est important pour un ingénieur
chimiste d'avoir des notions de bases sur ces nouveaux médicaments très importants pour l'industrie
pharmaceutique, et promis à un fort développement.
Le séquençage entier du génome humain et des progrès techniques importants ont permis depuis le
début des années 2000 un développement considérable d’une nouvelle classe de produits pharmaceutiques
issus des biotechnologies. Ce sont des protéines recombinantes, des acides nucléiques courts, des
polysaccharides. Ils permettent d’ouvrir de nouveaux champs thérapeutiques dans des domaines qui n’étaient
pas accessibles par les petites molécules classiques produites jusqu’à présent par les industries du secteur.
Leurs domaines d’application sont larges, et leur développement en phase de croissance très rapide. Bien que
produits principalement par des outils biologiques, comme indiqué plus haut, la chimie est très présente dans
leur développement, aussi bien pour leur formulation que pour leur stabilisation, voire leur synthèse.
Cependant, pour différentes raisons, la France affiche un retard certain sur les autres pays développés dans ce
domaine crucial pour la santé et l’industrie pharmaceutique, amené à se développer largement dans un futur
proche.
Les différentes classes de produits biotechnologiques seront décrites, ainsi que leurs domaines
d’application, les problèmes relevant de leur production, de leur purification, de leur analyse, de leur
formulation et de leur stabilisation. Comme tous ces concepts seront peu familiers, l’essentiel de
l’enseignement se fera sous forme de cours présentiels. Les intervenants seront des enseignants chercheurs,
des chercheurs et des acteurs industriels issus de jeunes pousses.
A l’issu de la formation, les étudiants doivent suffisamment connaître les produits biotechnologiques
(classes, systèmes de production, analyse, principaux problèmes à résoudre avant mise sur le marché…) pour
leur permettre de s’intégrer rapidement dans la partie chimique d’un projet du secteur. Les étudiants auront
acquis les connaissances et concepts de base du domaine leur permettant d’être un interlocuteur fiable lors
d’un projet de biotechnologie.
Les enseignements présenteront les produits biotechnologiques sous différents aspects :
Une introduction, qui sera une description générale du fonctionnement de la cellule (sans entrer dans
les détails de la biochimie) et des grands polymères naturels que sont les acides nucléiques, les
polysaccharides et les protéines, et qui montrera l'intérêt de les utiliser comme médicaments
complémentaires des petites molécules.
les voies d'obtention de protéines recombinantes stables et leurs domaines applications : anticorps
monoclonaux, récepteurs solubles…
les différents acides nucléiques naturels et modifiés, leur synthèse chimique et leurs domaines
d’utilisation (aptamères, ARN interférants, oligonucléotides antisens ou employés pour le saut
d’exon…).
les polysaccharides, leur production et leurs domaines d’application.
les méthodes d’analyse des produits issus des biotechnologies.
une initiation aux concepts de transfert de gène à des fins de thérapie génique ou de vaccination,
notamment sur le plan de la formulation d'administration.
une initiation à la galénique et à la règlementation
une initiation aux nouvelles thérapies à base de cellules
une ou plusieurs interventions d'industriels : les protéines recombinantes dans les « big pharma », le
traitement des maladies rares et leurs enjeux industriels.
UE02 - Organocatalyse et chimie hétérocyclique contemporaine P. Toullec
La prise de conscience de la nécessaire remise en cause des modes de production des produits chimiques en liens
avec les impératifs économiques, sociaux et environnementaux a conduit les milieux politiques et scientifiques à
la création du concept de développement durable et à la définition de règles régissant la production de substances
chimiques en prenant en compte le cycle de vie des produits, l’utilisation de ressources renouvelables et de
procédés respectueux de l’environnement et regroupés sous l’acronyme de « chimie verte ».
L’organocatalyse a connu au cours des dernières années un fort développement directement lié à cette recherche
de nouvelles méthodologies synthétiques efficaces, faciles à mettre en œuvre, plus respectueuses de
l’environnement, hautement sélectives et industriellement applicables.
La nouveauté des concepts développés, le lien fort pouvant être établi avec la formation dispensée pendant les
deux premières années du cycle ingénieur ainsi que le fort impact industriel et le potentiel en termes
d’applications dans les années qui viennent doivent constituer un socle permettant une meilleure
professionnalisation des élèves au plus près des attentes des industriels des secteurs de la chimie fine et de la
pharmacie.
La chimie hétérocyclique est un sujet académique d'une importance industrielle considérable. La majorité des
chimistes organiciens qui travaillent dans l'industrie consacrent une part importante de leur temps avec les
composés hétérocycliques. Cela s'applique à l'industrie pharmaceutique, agrochimique, des colorants, des
additifs, et dans une mesure croissante aux industries des polymères et pétrochimique. Dans le domaine
pharmaceutique, la plupart des médicaments sont constitués d'hétérocycles. En effet, près de 90% des
médicaments que nous utilisons sont constitués de composés hétérocycliques, on peut citer à titre d’exemples
les analgésiques, les antibiotiques, les anti-inflammatoires non stéroïdiens, les anti-cancéreux, les anti-
infectieux, anti-tumoraux.
En mettant l’accent sur les nombreuses applications des hétérocycles dans l’industrie, notre proposition a
pour vocation de présenter aux futurs ingénieurs Chimie ParisTech des exemples industriels dans les
différents domaines évoqués.
Ce cours est conçu pour donner aux étudiants de niveau Master un aperçu de certaines des dernières avancées
dans les domaines de l’organocatalyse et de la chimie hétérocyclique.
L’enseignement magistral s’attachera à l’étude de synthèses de composés cycliques d’intérêt industriel dans
le but de dégager les grands principes régissant les domaines de l’organocatalyse et de la synthèse
hétérocyclique. Des cours magistraux seront dédiés à la préparation de ces hétérocycles, mais également aux
techniques d’analyses et de purifications modernes des hétérocycles. Des intervenants industriels viendront
illustrer les méthodologies étudiées, en détaillant les choix des cibles, les objectifs industriels et les
challenges associés au passage à la production. Les élèves seront amenés à conduire des projets
bibliographiques dans le but de se familiariser avec la recherche d’informations dans la littérature
scientifique.
Ce module à pour ambition de faire acquérir aux étudiants les compétences multiples permettant
d’appréhender la complexité des projets qui leur seront confiés dans l’industrie.
UE03 - Bioressources pour la chimie: bioraffinerie, biosynthons, biopolymères
P. Haquette
Mots-clés : bioressources – biomasse – bioraffinerie – bioprocédés – catalyse de polymérisation – chimie verte
Face au défi que représente la nécessité de trouver des alternatives aux ressources issues du pétrole, il est
indispensable à un ingénieur chimiste d’avoir une vision précise des potentialités présentées par la biomasse et
des procédés existants pour exploiter ces ressources végétales et animales. La pression économique et
environnementale grandissante va obliger les acteurs du secteur à déployer des efforts très importants en
Recherche et Développement pour mettre au point des procédés innovants permettant d’utiliser la biomasse de
façon rationnelle et durable.
Dans le contexte de la croissance verte, la chimie du végétal peut être une réponse à la dépendance de l’industrie
chimique aux ressources fossiles et un levier de croissance majeur pour la compétitivité et l’emploi. En effet,
l’industrie chimique est un secteur clé de l’économie française qui connait, depuis plusieurs années, une
mutation profonde de ses activités, poussée par la recherche d’alternatives aux ressources fossiles et de nouvelles
mesures législatives.
L’objectif de ce module est de mettre en évidence le formidable potentiel que représentent les ressources
végétales (biomasse) comme matières premières alternatives au pétrole pour la chimie et de présenter les
composés principaux issus de la biomasse (carbohydrates, acides gras, terpènes) ainsi que les procédés
(bioprocédés et procédés chimiques) utilisés pour transformer ces composés en synthons pour la chimie fine ou
la synthèse de polymères.
L’enseignement du module prendra la forme de cours, de TD sous forme de projets et d’interventions
d’industriels œuvrant dans le domaine des bioressources et de la bioraffinerie.
A l’issue de cet enseignement, les élèves ingénieurs chimistes auront acquis une connaissance des propriétés des
matières premières végétales, de leur composition, et des moyens chimiques et biotechnologiques permettant de
les transformer en produits à forte valeur ajoutée. Ces connaissances permettront de faciliter la mise en commun
des compétences entre agro-industriels, spécialistes des bioprocédés et chimistes. Cette intégration des
compétences représente un atout considérable dans la mise au point de nouveaux produits, molécules ou
procédés.
L’épuisement des ressources d’origine fossile et les nouvelles préoccupations environnementales conduisent à
une accélération des efforts de Recherche et Développement pour la mise au point de nouvelles technologies
basées sur l’utilisation de la biomasse. Ce module présente les principales ressources issues de la biomasse, leur
disponibilité et les moyens permettant de les transformer en « synthons » pour des applications en chimie fine,
pour la synthèse de polymères ou la préparation de produits de spécialité.
Contexte : Enjeux économiques et environnementaux
Biomasse : Composition
Principaux composés issus de la biomasse
Bioprocédés Qu’est ce qu’un bioprocédé ?
Application à la biomasse : bioraffinerie
Illustration par des exemples
Composés de base issus de la biomasse : les sucres, les acides gras, les terpènes
Production
Transformation enzymatique et/ou chimique
Obtention de molécules plateforme
Obtention de synthons à partir des molécules plateforme
Applications à la préparation de biosolvants, de tensioactifs, d’encres, …
Application à la synthèse de biomatériaux
Polymères naturels
Nouveaux polymères : biopolymères de synthèse
Biopolyéthylène et autres biopolyoléfines
Polymères biodégradables, applications spécifiques
Cas de l’acide lactique : de la biomasse au PLA et à la biodégradation ; cycle de vie
UE04 - Médicaments: des Robots & des Hommes…
Christian Girard
Cette UE propose de former les Ingénieurs-Chimistes au domaine de la chimie médicinale moderne. Elle fait
appel à des compétences pluridisciplinaires, que nous tentons d'inculquer à nos élèves, car elle demande des
connaissances aussi bien en chimie, qu'en biologie et en pharmacie. Ce sujet est et a toujours été à l'interface
de ces diverses disciplines et est en pleine mutation. Le domaine de la chimie médicinale et la recherche de
pointe s'adosse parfaitement aux activités des laboratoires académiques et industriels; surtout au niveau des
PME pour la recherche et la synthèse à façon, voire l'évaluation biologique, de banques de molécules. Elle
demande une forte part de créativité et de nouveauté, d'innovation et de développement technologique; pour
répondre aux besoins des entreprises. Elle ouvre également la voie à l'entreprenariat, plusieurs PME ayant vu
le jour dans ce domaine de recherche suite au ralentissement et la sous-traitance de la recherche dans les
grandes entreprises.
Objectifs pédagogiques:
- Compréhension des défis modernes de la recherche en chimie médicinale
- Apprentissage de la biologie et la biochimie reliées à l'activité des médicaments
- Découverte de la pharmacocinétique et des modes d'administration
- Apprentissage de la formulation médicamenteuse classique et moderne
- Maîtrise des différentes approches de conception du médicament
- Nouvelles techniques de production de banques de molécules et tests d'activité biologique (DOS,
synthèse et tests à moyen et haut débits)
- Découverte des techniques de synthèse et de criblage automatisées et miniaturisées
- Approches informatisées (Docking, QSAR, QSPR, criblage in silico)
- Toxicité, biocompatibilité et législation du médicament (AMM)
- Aspects industriels en recherche et développement
Compétences affichées:
- Chimie médicinale et pharmacologie
- Biologie et biochimie du médicament
- Cibles thérapeutiques anciennes et nouvelles
- Formulation pour le médicament
- Chimie de synthèse et nouvelles approches
- Législation et aspects industriels
Mots-clefs: Chimie Médicinale, Pharmacie, Biochimie, Biologie, Automatisation, Miniaturisation
De manière à acquérir une expertise en chimie, en biologie et en techniques modernes de l'ingénieur dans le
domaine de la chimie médicinale, les sujets suivants seront abordés:
- Grandes classes de médicaments (antibiotiques, antitumoraux, système nerveux central,
hypocholestérolémiants, etc.)
- Cycle du médicament (conception, étapes et tests, mise sur le marché, retrait, recyclage et destruction)
- Antibiotiques et Antitumoraux: cibles, biochimie, résistance
- Méthodes classiques et nouvelles de formulation et d'administration
- Devenir du médicament en milieu biologique: passage des barrières, pharmacocinétique
- Molécules actives, pro-actives, biotransformations in vivo
- Conception du médicament: approches classiques et novatrices
- Approches orientés vers la diversité (Diversity Oriented Synthesis ou DOS)
- Synthèse sur support solide et utilisant des catalyseurs supportés
- Méthodes de synthèse à moyen et haut débit (robotisation, flux continu, mini- et micro-réacteurs)
- Méthodes de criblage haut et moyen débit: automatisation, miniaturisation (puces à molécules)
- Approches informatisées: Docking, QSAR, QSPR, criblage in silico
- Toxicité, commercialisation et aspects légaux
UE05- Polymères de la synthèse aux propriétés
Christophe Thomas
L'utilisation de polymères fonctionnels constitue actuellement un enjeu majeur en recherche et
concerne des champs applicatifs variés tels que le domaine biomédical l'agroalimentaire ou l'environnement
(polymères dégradables).
Il n’existe pas pour le moment d’offre d’enseignement « généraliste » sur la science des polymères
au sein de chimie ParisTech. L'objectif de ce module est donc de fournir un contenu pédagogique permettant
de couvrir le vaste domaine des polymères en partant de la synthèse aux différentes applications des
polymères fonctionnels à propriétés spécifiques, en passant par l’étude de leurs propriétés physiques
(mécaniques en particulier).
Ce module se propose d’aborder la science des polymères sous son aspect pluridisciplinaire. Il combine
les éléments essentiels liés à la chimie de synthèse de ces matériaux à l’étude de l’ensemble de leurs propriétés
physiques.
La mise au point de nouvelles méthodes de synthèse et la préparation de polymères à architectures
complexes sont indispensables pour répondre aux besoins de nombreux domaines émergents ou à haute valeur
ajoutée (environnement, aérospatial, santé,…). Cette unité d’enseignement s’appuie sur les bases fondamentales
introduites en deuxième année du cursus ingénieur en discutant l’état de l’art des connaissances scientifiques sur
le contrôle des architectures macromoléculaires et les méthodes modernes de polymérisation. Elle propose
également de développer un enseignement avancé sur les relations «structure-propriétés» des systèmes
macromoléculaires, leurs propriétés mécaniques, leur comportement aux interfaces et les techniques de
caractérisation adaptées à l’analyse structurale des polymères en volume et aux interfaces.
Dans chaque domaine, les connaissances fondamentales enseignées seront illustrées par des applications
concrètes issues de développements industriels et/ou des activités de recherche actuelles.
Mots clés : Mécanismes de polymérisation, architectures macromoléculaires, propriétés physiques
UE06 – Elaboration et évolution des matériaux : un enjeu pour le patrimoine
Didier Gourier – Michel Menu
La maîtrise des matériaux a été, et reste un des moteurs de l’évolution des civilisations. Les matériaux,
généralement très complexes et variés (verres, céramiques, matériaux organiques et organométalliques, métaux,
…), ont d’abord été créés par l’homme, puis ont évolué dans un environnement lui-même variable (par exemple
de l’enfouissement jusqu’au au milieu final : le musée). Ces matériaux, témoins de l’histoire, gardent la mémoire
de leur origine et de leur évolution, imprimée dans leur structure à toutes les échelles allant de l’atome aux
échelles nano, micro et macroscopiques.
Cette thématique est donc pluridisciplinaire, à cheval entre physicochimie analytique, science des matériaux et
sciences humaines et sociales. Tous les matériaux (pas seulement ceux du patrimoine) évoluant sous l’action de
contraintes extérieures (environnement, usage, …), la compréhension de l’évolution des matériaux du passé doit
aider à comprendre et anticiper l’évolution des matériaux du présent. Cette thématique dépasse donc le cadre
stricte des matériaux du patrimoine, impliquant ainsi une ouverture sur le milieu industriel.
Le caractère pluridisciplinaire et les implications sociétales et économiques de ce thème sont donc parfaitement
adaptés à une formation d’ingénieurs comme celle de Chimie-ParisTech et, d’une manière générale, aux
étudiants de PSL.
Mots-clés : Matériaux complexes en évolution, élaboration, évolution, altération, conservation, caractérisation
physicochimique multi-échelle, patrimoine.
Chaque famille de matériaux sera abordée sous les 4 angles historique, élaboration, altération et conservation.
Contenu de la formation :
- Présentation du problème : les objets du patrimoine et leurs matériaux, déontologie, précautions et
protocoles et méthodes d’analyse spécifiques ;
- Céramiques : présentation chronologique de l’essor de la technologie de la céramique, comment les
verrous technologiques ont été dépassés.
- Matériaux vitreux : même schéma
- Les métaux : histoire de la métallurgie, corrosion (voir avec cours de métallurgie), patines,…
- Pigments, colorants, liants et vernis : Propriétés physiques et mécaniques des matériaux de la
matière picturale, interactions entre pigments et matrice organique, altération.
- La couleur des œuvres d’art : de la couleur aux autres attributs de l’apparence (brillance,
transparence, rugosité …). Définition, exemples, mesures, restitution numérique.
UE07- Molecular Surface Engineering – Formulation, properties & durability Kevin Ogle
Optimizing the functional lifetime of a material is a fundamental driving force for the development of new
materials and in fact has been a preoccupation of our civilization from prehistory to the present day. Important
contemporary keywords cluster around this theme such as "sustainable development", "environmental friendly",
"molecular and nanomaterials", "thin films". This UE will delve into this subject using a bottom up approach, or
how a molecular level understanding of a material may be translated into an application, as well as a top down
engineering approach, or how a market driving force is taken on by industrial R&D to give birth to new and
innovative products. The functionalities surveyed will focus on corrosion resistance however other
functionalities such as wettability & ease of cleaning, friction, ease of welding, polymer adherence, fingerprint
retention, color, reflectivity, gloss, dirt retention and biocide properties will be evoked.
A particular focus will be placed on the material science concepts necessary to understand and design new
hybrid organic / inorganic / metallic functionalized materials including the conceptualization and
characterization of innovative self healing materials. We will discuss the nucleation and growth mechanisms of
oxide thin films (chromate, phosphate, TiO2, ZrO2, etc.) on metal surfaces and the principles of bonding of
polymer films (polyurethane, epoxy, polyethylene, etc.) to the oxide film. We will investigate the role of these
films in protecting the underlying surface from environmental degradation by considering the specific
electrochemical mechanisms of degradation.
Some key concepts should include the following (depending upon the time allowed obviously)
1) Functional Surface Engineering - introduction
2) Electrochemical properties of surfaces
3) Electrochemical mechanisms of degradation
4) Molecular corrosion inhibitors
5) Passive materials and passive films
6) Mechanical properties of surfaces, friction and lubrification
7) Wetting and cleaning
8) Color, reflectivity, brilliance, gloss
9) Adhesion & adhesion testing – basic concepts and testing
10) Atmospheric corrosion: fundamental mechanisms for metallic and painted systems
11) Atmospheric and accelerated atmospheric corrosion testing
12) Anodization
13) Metallic coatings
14) Conversion coatings – oxides, phosphates, chromates, etc.
15) Conversion coatings – silanes, sol-gel, self assembling monolayers
16) Polymer coatings – basic physical organic chemistry and degradation mechanisms
17) Polymer coatings – properties and processing
18) Other materials: surface treatments for wood, stone, …
19) Industrial presentation 1 – ArcelorMittal, Coated steel automotive and building applications
20) Industrial presentation 2 – BASF (Münster), Paint formulations
21) Industrial presentation 3 – Henkel (Düsseldorf), Oxide thin films for polymer adhesion
UE08 – Surfaces, interfaces : sonder, contrôler et élaborer des surfaces à l’échelle nanométrique
Anouk Galtayries, Frédéric Wiame
Compte tenu de l’importance économique des surfaces et interfaces dans l’élaboration, l’utilisation et le
vieillissement des matériaux, dans l’industrie (adsorption, nanosciences et nanotechnologies, catalyse,
corrosion, matériaux pour le stockage de l’énergie, matériaux du patrimoine, industrie des semi-conducteurs,
empilements de couches ultra-minces pour l’optique, pour l’industrie des verres, technologie de
l’information, biocompatibilité, durabilité, inhibition, lubrification, adhésion, …), nous sommes en position
de force, à Chimie ParisTech, pour former les futurs ingénieurs chimistes au rôle des propriétés structurales et
chimiques des surfaces dans le comportement de différents types de matériaux. De façon corrélée, la
connaissance, à l’échelle nanométrique et atomique, des modifications chimiques, lors des étapes initiales de
réaction d’une surface, est essentielle pour la compréhension du comportement des matériaux et pour
anticiper et contrôler leurs propriétés et leur évolution. La réalisation de matériaux aux propriétés innovantes
passe par la caractérisation et le contrôle de la physico-chimie des surfaces à une échelle nanométrique.
Compétences à l’issue de la formation : Chaque étudiant devra être capable :
- d’identifier et discuter qualitativement les propriétés physico-chimiques d'une surface de nature
connue,
- d’expliquer le principe et les principales caractéristiques des techniques d’analyses enseignées,
- d’identifier les paramètres à prendre en compte pour la réalisation d’une expérience,
- d’interpréter et discuter de manière qualitative des résultats obtenus par les principales
techniques d’analyse de surface vues en cours,
- de proposer une méthodologie en vue de répondre à une question relative à une problématique
donnée.
Pour traiter en amont, d’un point de vue fondamental, un problème industriel lié à la réactivité des surfaces, la
question cruciale est celle du choix du système d’étude pour les meilleurs outils de caractérisation ou pour les
outils disponibles. Pour comprendre en aval (développement, contrôle qualité), les futurs ingénieurs en poste
pourront mieux évaluer l’apport de la caractérisation chimique et quantitative de surface, en particulier pour
des constats d’accident, vieillissement, défectuosité, fraude.
Le module, unique et attractif dans l’offre de cours des écoles d’ingénieurs chimistes françaises, sera
constitué d’une partie liée à la compréhension générale des propriétés structurales et électroniques des
surfaces, et des mécanismes atomiques intervenant dans la réactivité des surfaces. Il sera également composé
de présentations illustrées de techniques de caractérisation de pointe en chimie des surfaces pour « analyser
les surfaces », « voir les surfaces », « rechercher la structure des surfaces ». Les principales techniques,
fonctionnant sous ultra-haut vide, telles que XPS, ToF-SIMS, STM, et quelques autres (IRRAS, HREELS,
LEED, AFM) seront passées en revue afin de fournir aux élèves les bases des connaissances des principes et
des éléments de comparaison. L’approche théorique des surfaces dans le cadre de simulations numériques
sera également introduite comme un outil de caractérisation au même titre que les techniques expérimentales.
Plan du cours :
1) Introduction des concepts fondamentaux de la physico-chimie des surfaces.
- Définition d’une surface
- Pourquoi étudier les surfaces ?
- Structure et propriétés de surfaces idéales et réelles
- Rôle et influence des défauts sur les propriétés de surface
2) Adsorption et croissance de films ultra-minces.
- Adsorption d’atomes et de molécules
- Mobilité de surface et diffusion
- Modes de croissance, cinétique et épitaxie
- Croissance auto-organisée et nanostructuration
3) Notions de vide et ses applications.
- Utilité du vide
- Introduction à la production de vide
4) Analyse chimique et structurale à l’échelle atomique.
- Spectroscopies électroniques (AES, XPS, UPS, Photoémission sur synchrotron).
- Spectroscopies optiques optimisées pour la caractérisation de surfaces (IR, FT-IR, …).
- Spectroscopies de pertes d’énergie d’électrons (EELS, HREELS).
- Spectrométrie de masse d’ions secondaires (SIMS, ToF-SIMS).
- Spectroscopie de désorption thermique (TDS).
- Diffraction d’électrons (LEED, RHEED).
- Microscopies électroniques (SEM, TEM).
- Microscopies à champs proches (STM, AFM et techniques dérivées).
- Techniques de simulation numérique
Mots clés : Techniques d’analyse d’extrême surface (comparaisons, avantages/inconvénients), caractérisation
à l’échelle nanométrique, propriétés physico-chimique des surfaces, adsorption, mécanismes de croissance,
couches ultra-minces, réactions en surface.
UE09 Synthèse inorganique – Mise en forme – Matériaux fonctionnels
Domitille GIAUME
L’U.E. proposée ici traite notamment une préoccupation industrielle omniprésente dans tous les secteurs
d’application, la mise en forme et formulation des matériaux. Elle forme spécifiquement les futurs ingénieurs en
industrie à mettre en œuvre toutes leurs connaissances pour répondre à de nouvelles problématiques
industrielles.
Les enseignants-chercheurs et chercheurs de l’équipe RM2D de l’UMR Moissan sont particulièrement attachés à
répondre à des questionnements industriels pour mener leurs recherches, et ont ainsi développé de fortes
relations industrielles et une méthodologie de recherche adaptées pour cette unité d’enseignement.
Objectifs :
- Obj. 1 : Apporter aux futurs ingénieurs travaillant dans le domaine des matériaux des connaissances
indispensables et une culture générale essentielle, depuis la synthèse des matériaux jusqu’à leur
utilisation finale, en passant par leur mise en forme.
Il est donc attendu des étudiants l’acquisition de ces connaissances.
- Obj. 2 : Permettre aux étudiants de mettre en commun les connaissances acquises lors de cette unité
d’enseignement avec celles acquises lors des années précédentes du cycle ingénieur, dans le cadre
d’une problématique fixée par l’application finale.
- Obj. 3 : Familiariser les étudiants avec des problématiques industrielles et leur permettre de mieux
les appréhender dans le cadre de leurs futures fonctions, notamment lors de l’enseignement sur la
mis en forme des matériaux, et de la visite d’usine.
Il est attendu des étudiants une réflexion basée sur une application déterminée, et portant sur la nature des
matériaux à utiliser, leurs propriétés intrinsèques, la mise en forme, l’applicabilité industrielle… Celle –ci ne
sera pas évaluée, mais une contribution des étudiants lors du cours Matériaux fonctionnels leur permettra
d’acquérir cette réflexion éclairée.
- Obj. 4 : Permettre aux étudiants de traiter une problématique connexe, ou d’approfondir certaines
connaissances en faisant appel à des documents scientifiques en rapport avec celle-ci.
Le cours synthèse inorganique abordera différentes méthodes de synthèse de matériaux inorganiques,
principalement par des voies basse température. Notamment les voies de coprécipitation, de synthèse par voie
polymérique et par voie sol-gel seront détaillées. Les aspects chimiques de ces voies de synthèse, i.e. les
réactions permettant la formation du composé, le contrôle de la composition du matériau obtenu, de sa
stoechiométrie, les aspects cinétiques et thermodynamiques, le rôle de complexants ou autre additifs seront
explicités. D’autres aspects tels que le contrôle de la taille et de la forme des objets obtenus en fonction des
conditions expérimentales seront étudiés. Le cours insistera particulièrement sur la synthèse des objets de faible
taille, autrement dit submicrométriques et nanométriques.
Le cours mise en forme permettra d’aborder la problématique de la mise en forme des matériaux nanométriques,
ou de leur formulation. D’un point de vue physico-chimique, le contrôle des interactions entre ses différents
composants en fonction de leur nature chimique ou de leur forme, les propriétés obtenues, etc seront discutées
autour d’applications concrètes : formulation de peinture, de ciments… Un deuxième aspect, traitant plus
spécifiquement des techniques et outils mis en oeuvre lors de la mise en forme des matériaux sera étudié. A titre
d’exemple, des techniques de dépôt sous forme de films, de traitement de surface, de mise en forme
industriellement utilisées seront détaillées.
Le cours Matériaux fonctionnels donnera un aperçu des différentes fonctionnalités attendues d’un matériau, en
rapport avec des notions apprises au cours des 2 premières années. Par exemple, en fonction de la nature
chimique même du matériau, de sa structure, des propriétés catalytiques, électrochimiques, optiques ou de
conduction sont attendues ; En fonction de la taille et du caractère métallique d’objets, des propriétés optiques
particulières sont attendues pour des semi-conducteurs ou des particules métalliques ; en fonction de la
géométrie des objets, ces propriétés évoluent ou diffèrent… Les étudiants devront ici faire appel à leurs
connaissances et établir des liens entre chimie inorganique et structurale, et application dans des domaines divers
tels que celui des nouvelles énergies, en optique, cosmétique, bâtiment...
Une demi-journée sera consacrée à la visite d’une usine, a priori en région parisienne, mettant en œuvre les
notions qui auront été abordées pendant cette unité d’enseignement : cela peut se faire en rapport avec la partie
synthèse inorganique avec Isoverre, ou Saint-Gobain Aubervilliers (ou Thiais) à titre d’exemple ; en relation
avec la partie formulation, cela peut également se faire avec Saint-Gobain Aubervilliers, ou avec une entreprise
de peinture par exemple ; en relation avec les matériaux fonctionnels, une visite de Rhodia Aubervilliers, ou
encore de l’IRDEP peut être envisagée.
UE10- Des matériaux pour l’ingénieur, stratégies de choix des matériaux et des procédés Frédéric Prima
Nous sommes entrés dans une ère où de nouveaux matériaux, intelligents, multifonctionnels, hybrides
ou adaptables, émergent pour satisfaire de nouveaux besoins requis par des applications nouvelles ou par des
applications déjà existantes mais avec un niveau d’exigences plus pointu. Face à ces enjeux, de nouveaux outils
d’aide à la décision ont récemment vu le jour et parmi ceux-ci, des outils d’aide à la sélection et au choix des
matériaux et des procédés. Il s’agit d’un champ scientifique en forte croissance et fortement adossé à l’industrie.
Ce module aura pour vocation à venir compléter l’enseignement généraliste déjà dispensé à l’Ecole de chimie
dans le domaine des matériaux (Métallurgie, polymères, céramiques). Il repose d’autre part sur des outils
pédagogiques de plus en plus utilisés dans l’industrie et cela peut donc constituer un atout de plus pour la culture
scientifique de nos ingénieurs généralistes. Il constitue, enfin, une originalité en soit puisqu’il n’existe pas de
module pédagogique équivalent dans les établissements voisins.
Le module sera partagée entre :
- Un cours introductif général présentant les bases essentielles des stratégies de choix des matériaux :
- Introduction aux notions de contraintes, objectifs et fonctions
- Dérivation des indices de performances
- Influence des facteurs de forme
- Introduction au méthodes de choix de matériaux et procédés (cartes d’Ashby)
- Etudes de cas pratiques simples
- Une introduction à la résolution de cas pratiques simples utilisant le logiciel de choix des matériaux CES
EduPack 2012, de GRANTA dedign).
- La mise en place avec les étudiants d’un projet (un projet pour 2 élèves) basé sur la résolution d’un
problème industriel et visant à la proposition d’une solution technique adaptée et optimisée par les stratégies
de choix et sélection des matériaux.
- Deux cours/conférences, donnés par des chercheurs de l’industrie, sur le développement des solutions
« matériaux hybrides » et « matériaux multifonctionnels » dans l’industrie.
Mots clés : Matériaux, selection, performances,
UE11 - Métallurgie : Matériaux métalliques avancés
Frédéric Prima
L’industrie fait aujourd’hui face à de nouveaux enjeux, sur de nombreux marchés applicatifs clés (dans le
nucléaire, dans l’aéronautique, dans le biomédical...) ou liés à des besoins fonctionnels de plus en plus exigeants
(assembler, alléger, résister dans le temps et aux conditions extrêmes, etc...).
La nécessité d’alléger les structures conduit aujourd’hui les ingénieurs à inventer de nouveaux
matériaux métalliques capables de faire face à des niveaux de contraintes mécaniques ou environnementales
(température, corrosion) de plus en plus élevées ou à diminuer la densité des matériaux utilisés, tout en
conservant leur niveau de performances.
Enfin, de nouveaux concepts naissent et sont aujourd’hui intimement liés à la nécessaire prise en
compte des problèmes de ressources, d’éco-conception ou de cycle de vie.
L’objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants aux nouveaux enjeux de la métallurgie face à
ces défis. A partir d’exemples tirés des différents domaines de l’industrie, les exigences des cahiers des charges
seront mises en regard avec les performances des matériaux classiques et mettront en évidences les limitations de
ces matériaux. Ces faiblesses serviront de point de départ pour introduire les stratégies mises en place
aujourd’hui, par l’exploitation de nouveaux systèmes métalliques, de nouveaux procédés d’élaboration ou
d’assemblage pour développer de nouveaux matériaux capables de répondre aux exigences d’aujourd’hui et de
demain.
La métallurgie couvre un champ très vaste (diversité des matériaux concernés, des procédés et technologies
d’élaboration et de mise en en œuvre, et des domaines d’applications) et concerne tous grands secteurs de
l’économie.
Il paraît difficile de couvrir entièrement, en 30 heures, les différents concepts relevant de la métallurgie.
Nous avons donc pris le parti dans ce module de centrer l’enseignement sur les aspects liés à l’innovation
dans le domaine des matériaux métalliques. L’objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants aux
développements les plus récents dans les domaines suivants :
• La conception de nouveaux matériaux métalliques : matériaux architecturés, alliages multifonctionnels,
nanomatériaux, verres métalliques, composites à matrice métalliques (CMM) ou les mousses métalliques
• Les nouveaux procédés d’élaboration (fusion par faisceau d’électrons, prototypage laser, déformation
plastique sévère, Spark Plasma Sintering)
• Les nouvelles stratégies d’assemblage (Faiseaux d’électron, Laser, Friction Stir welding…)
• le comportement mécanique multi échelle, du micro au macro : confrontation modélisation/expérience
• Les nouvelles techniques de caractérisation (lignes de hautes énergie/synchrotron, techniques de tomographie,
techniques d’observation à l’échelle atomique…)
•
Le contenu scientifique du module d’enseignement sera centré autour de la notion de nouveaux matériaux
dans son sens le plus large. Il permettra d’appréhender les stratégies de conception de matériaux avec de
nouvelles propriétés (matériaux multifonctionnels, nanomatériaux, matériaux à gradients de propriétés) mais
présentera aussi le potentiel d’innovation en matière de méthodes d’élaboration ou d’assemblage. Il mettra
enfin d’accent sur le développement nécessaire des aspects liés à la prédictibilité des propriétés finales
(modélisation des propriétés aux différentes échelles d’observation) et sur les développements expérimentaux
et méthodologiques (nouvelles méthodes de caractérisation tels que les grands instruments) qui
accompagnent cette recherche.
Ces aspects seront développés et mis en perspective par l’étude de champs applicatifs particuliers
tels que l’aéronautique et les transports (problématique de l’allègement des structures), le nucléaire (tenue et
durabilité des structures), ou le biomédical (développement de matériaux multifonctionnels…) et seront
présentés aux élèves par des chercheurs de l’industrie dans ces différents domaines d’application.
UE12 - De l’éco-conception au recyclage Anne Varenne
Les principaux enjeux du 21ème siècle nécessitent tous d’apporter une réflexion globale sur la gestion des
ressources naturelles et l’impact des produits et procédés sur l’environnement, et donc une innovation importante
autour de l’éco-conception, du cycle de vie, de la gestion des déchets et du recyclage. Dans ce contexte, les
ingénieurs chimistes ont toute leur place pour participer à cette innovation et proposer des solutions nouvelles.
Le modèle de l’économie circulaire semble être une des réponses globales les plus crédibles à la vision
écologique de l’industrie. Elle consiste à réutiliser au maximum les matières premières et l’énergie pour éviter
tout gaspillage, ce qui devrait générer dans sa configuration maximale, jusqu’à 40% d’économies d’énergie et de
matières premières. L’économie circulaire oblige à penser les flux de matières premières (biologiques et
chimiques) dès la conception des produits pour les réemployer totalement dans une nouvelle production. Au
niveau mondial, 4 milliards de tonnes de déchets sont générées chaque année et ce chiffre devrait augmenter de
40% jusqu’à 2020. Cette approche bénéficierait à de nombreux secteurs : automobile, équipements industriels,
électricité, électronique grand public, textile, construction, ….. Cette réflexion est en parfaite continuation du
principe de “chimie verte” qui traite de matières premières, ressources renouvelables, empreinte
environnementale, avec des considérations de toxicité, économie et analyse du cyle de vie.
Les différentes thématiques abordées (éco-conception, gestion des déchets, recyclage) sont intimement liées
dans la vision globale de l’analyse du cycle de vie. Cette formation a pour vocation à apporter une vision
« macro-économique » des différentes dimensions environnementales à prendre en compte depuis la
conception d’un produit, jusqu’à sa fin de vie. Elle met en avant la nécessité d’innover sur les principes
généraux de conception et recyclage, car les différentes dimensions expliquées sont encore très
insuffisamment prises en compte dans l’industrie alors même qu’elles constitueront une force motrice
majeure dans un avenir proche.
Les actions d’éco-conception consistent à optimiser les solutions techniques, industrielles ou
logistiques, de manière à réduire les impacts environnementaux et à conserver la qualité du produit. C’est une
démarche multi-critères (ressources, performance et durabilité des matériaux, libération d’effluents ou de gaz
polluants, production de déchets…) et multi-étapes (de l'extraction des matières 1ères
à la fin de vie du produit
et son recyclage éventuel). La principale notion abordée sera celle de « contenu énergétique » d’un matériau
ou d’un produit ; elle sera décrite en détail car c’est la notion essentielle qui sous-tend le principe d’éco-
conception. Les étudiants seront amenés à faire un « éco-audit » d’un produit simple, prenant en compte tous
les critères importants. La démarche globale d’éco-conception sera décrite sur la base des paramètres
suivants : (1) stratégie de sélection optimisées des matériaux, (2) procédés de fabrication, (3) utilisation :
optimisation des performance vis à vis d’un cahier des charges et (4) fin de vie (valorisation, recyclage).
La gestion des déchets et ses enjeux seront abordés à travers les notions de (1) ressources, et leur
consommation (base de ressources, réserves, indices d'épuisement, notion de « urban mines »), (2)
transformation de la matière en fin de vie (modes de traitement, enfouissement, valorisation énergétique, état
des lieux géo-politique) et (3) instruments économiques et législatifs dans la réglementation européenne. Une
étude de la gestion des déchets issus du « produit » étudié durant le projet sera donc effectuée.
Le recyclage sera ensuite abordé, avec une présentation de l’organisation de la chaîne (« responsabilité
élargie des producteurs » et éco-organismes), performances, limitations, verrous et orientations actuelles. Les
différentes interactions entre la chimie et le recyclage seront présentées autant au niveau du génie des procédés
au sens large (incluant les biotechnologies), des sciences des matériaux que des sciences analytiques. La
synergie de ces expertises permet d’envisager de développer ou d’imaginer de nouveaux processii de recyclage
(upcycling par exemple). Dans ce contexte, la chimie analytique est de plus en plus liée au terme recyclage par
sa contribution pour l’analyse et la caractérisation des produits recyclé , et pour le développement de nouvelles
méthodologies analytiques de recyclage. De plus, les biotechnologies offrent des moyens originaux pour la
valorisation et le recyclage de différents types de déchets : recyclage de l’eau, recyclage des métaux…. Enfin,
une approche du recyclage par les sciences humaines et sociales sera abordée par une intervention du Dr. Valérie
Guillard (Université de Dauphine) concernant la psychologie du consommateur en ce qui concerne le recyclage.
Ces différentes approches permettront au groupe de travail d’identifier des voies de recyclages existantes, en
réflexion au stade académique et d’être force de proposition pour proposer de nouvelles voies non encore
explorées.
UE13 - Modification de surface des matériaux par procédés voies humides et voies sèches Frédéric ROUSSEAU
L’enseignement proposé ici est dédié aux élèves ingénieurs qui souhaitent faire une carrière en R&D ou une
thèse après leur cursus. Cet UE a pour objectif de présenter les différents procédés voie humide et voie sèche
utilisés ou développés par les laboratoires de recherche et par l’industrie (i) pour modifier les propriétés de
surface des matériaux, (ii) déposer des couches minces fonctionnalisantes. La formation reprendra les
compétences de l’école dans ce domaine et utilisera le matériel scientifique disponible dans différentes
équipes de recherche de l’ENSCP. L’objectif est de montrer les avantages, les inconvénients et les
spécificités des différents traitements de surface par voie humide / sèche. Ce module s’appuiera à la fois sur
un socle fondamental et appliqué. Il sera nourri d’exemples récents montrant des modifications de surfaces
réalisées tant au niveau des laboratoires de recherche que de l’industrie (pharmaceutique, catalyse, énergie,
aéronautique…). Nous insisterons justement sur le développement à l’ENSCP de techniques de modification
de surface innovantes pour des applications aussi diverses que les micros réacteurs, les turbines
aéronautiques, ou bien encore les (bio)capteurs, la microélectronique et les nanotechnologies, les vitrages.
Procédés voie humide
Revêtement et fonctionnalisation par voie électrochimique : nettoyage des surfaces, revêtements métalliques
(électrodépôt de métaux), revêtement par des couches organiques
Méthodes de dépôts de solutions : sol-gel, trempage, centrifugation, sprays.
fonctionnalisation (bio)chimique pour applications capteurs ou biomédicales
Procédés voie sèche
Présentation détaillés des techniques plasmas : définition d’un plasma, présentation des différentes catégories
de plasmas, interaction plasma/matériaux
Présentation d’exemple de traitements de surface par les techniques plasmas : couche organique-inorganique
pour des applications allant du biomédical aux barrières thermiques employés dans l’aérospatial) /
Comparaison avec d’autres procédés voies sèches modernes type Sputtering, Atomic Layer Deposition ou
Electron Beam Physical Vapor Deposition.
Mots clés : dépôts de couches minces, traitement de surface, hydrophile / hydrophobe,
inorganique/organique, engineering des surfaces, procédés, plasma, électrochimie, colloide, sol gel,
pulvérisation, Chemical Vapor Deposition, Physical Vapor Deposition, analyses des surfaces.
Matériels scientifiques disponibles pour réaliser les traitements de surface : 1 réacteur MOPECVD (Metal
Organic Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 1 réacteur PECVD semi industriel, 2 réacteurs LPPR
(Low Power Plasma Reactor), 1 réacteur à générateur micro-ondes semi industriel.
Techniques d’analyse pouvant être couplées aux procédés : un spectromètre d’émission optique et un
spectromètre de masse pour identifier les espèces chimiques.
Techniques d’analyses des surfaces disponibles : 1 microscope optique (morphologie), 1 ellipsomètre
(mesure de l’épaisseur) et reflectométrie X, un angle de contact, un spectromètre IRTF (composition,
fonctions chimiques), un banc de mesure d’impédance (propriétés électriques).
UE14- Maîtrise des Risques Chimiques des Procédés Industrie ls Cédric Guyon
La sureté de fonctionnement d’un procédé reste un problème clé pour le secteur de l’industrie
chimique et pétrochimique. De nombreux accidents industriels ont été provoqués par des réactions dont la
mise en œuvre n’a pas été expérimentée (emballement thermique, réaction secondaire non contrôlée, scénario
non envisagé…). La sécurité de la réaction chimique reste donc un sujet d’actualité auquel il faut apporter des
solutions. L’enseignement proposé ici est dédié aux élèves souhaitant réaliser une carrière en production
(secteur de la réactivité chimique), dans la simulation des Procédés ou dans le secteur Hygiène et Sécurité.
Compétences affichées à l’issue de la formation :
Les élèves ayant suivi cet enseignement seront capables de :
Déterminer les paramètres importants d’une réaction chimique à partir des techniques
calorimétriques (enthalpie de réaction et de décomposition, vitesse de réaction, TMRad : Time to
Maximun Rate under adiabatic conditions, phénomènes auto-catalytiques, SADT : Self-Accelerating
Decomposition Temperature …)
Savoir simuler un procédé industriel sur un grand logiciel en temps réel (Aspen plus, Aspen Hysys
dynamique) et de thermocinétique avancée (AKTS®) afin de prédire toutes dérives du procédé.
Savoir mettre un procédé chimique en sécurité en validant son intégrité opérationnelle (démarrage,
régime permanent, arrêt de l’installation) par les méthodes d’analyse des risques (méthode HAZOP,
arbre des causes, nœud papillon…).
Le projet d’enseignement proposé peut ainsi se décomposer en 3 tâches distinctes et complémentaires.
Tâche 1 : Détermination de la stabilité thermique des réactifs et des produits utilisés au cours d’un procédé
chimique.
La technique utilisée pour effectuer ces mesures est la calorimétrie. Elle permet de déterminer les paramètres
assurant un équilibre thermique. Les calorimètres peuvent simuler les conditions de température, de pression
et les opérations (mélange, mixage, etc...) rencontrées dans l'industrie. Notre calorimètre de réaction
différentiel (SETARAM type DRC) nous permet d'accéder rapidement aux grandeurs thermodynamiques
importantes liées aux mélanges de produits chimiques liquide-liquide ou liquide-gaz : chaleur de réaction,
chaleur de mélange, temps de réaction, élévations maximales de température lors de la réaction, suivi des
cinétiques de réaction, taux de conversion, capacités calorifiques...
Le principe de l'analyse thermique différentielle est simple. C’est une mesure, en continu, d’une différence de
température ΔT entre un réacteur de mesure (siège de la réaction à étudier) et un réacteur de référence qui
contient un solvant aux propriétés chimiques et physiques proches de celles des réactifs introduits dans le
réacteur de façon à obtenir un thermogramme, duquel nous déduisons la chaleur dégagée dans le milieu
réactionnel. Un simple étalonnage de l’appareil par Effet Joule avant et après la réaction permet de connaître
le produit du coefficient de transfert par la surface d’échange, UA. La première étape de cette étude sera donc
d’évaluer la stabilité des systèmes étudiés. Le but étant de fournir des données fiables permettant de
dimensionner les systèmes pour s’assurer que la totalité de la chaleur dégagée lors d'une réaction chimique
puisse être rapidement évacuée. La seconde étape sera de faire une étude des changements de phase (fusion,
cristallisation, évaporation, transition vitreuse), des cinétiques de réaction (polymérisation, décomposition) et
de mesurer la capacité calorifique des mélanges étudiés en utilisant le calorimètre de mélange et de réaction
(SETARAM type DSC131). Cet appareil permet un retraitement informatique des résultats obtenus à l’aide
de logiciels de thermocinétique avancée, ce qui n’est pas le cas du calorimètre de réaction différentiel (DRC)
Tache 2 : Analyse cinétique des données.
L’utilisation d’un logiciel de thermocinétique avancée (AKTS®-Thermokinetics) permet une analyse
cinétique rapide des données DSC. Cette technique permet de fournir les caractéristiques et les
comportements des substances examinées. La méthode débute par la détermination des paramètres cinétiques
pour une substance donnée. Les paramètres sont ensuite utilisés afin de prévoir la progression de la réaction
pour une grande échelle de variation des températures et des contraintes thermiques de différents types. Le
comportement expérimental du vieillissement thermique sur de telles réactions est très difficile à
températures ambiantes (nécessité de très longs temps de mesures). La vitesse et la progression des réactions
peuvent alors être évaluées très précisément sous différentes conditions thermiques (type isotherme,
balayage, par palier, modulé, périodique et par élévation rapide de température : choc thermique). L’objectif
principal est de déterminer l’évolution de la réaction et la stabilité thermique des produits (dégradation /
transformation) à l’aide de profils annuels de températures correspondant à différents types de climats avec
les variations journalières minimales et maximales de la température. Cette étude passe au préalable par la
détermination des paramètres cinétiques (énergie d'activation E et pré-facteur exponentiel de l'équation
d'Arrhenius A) et du Time to Maximum Rate under adiabatic conditions (TMRad).
Tache 3 : Simulation en mode dynamique et analyse des risques des procédés étudiés.
La volonté de cette étude est de coupler les résultats expérimentaux (donnée thermodynamiques et cinétiques)
obtenus lors des tâches 1 et 2 pour concevoir et dimensionner une unité de production à l’aide d’un outil de
simulation (Aspen Hysys® statique, Aspen plus®). Le passage de ces simulations en mode dynamique
(Aspen Hysys®, Aspen Dynamics®) permettra de simuler le fonctionnement de l’installation en régime
transitoire, en introduisant tous les éléments nécessaires à la régulation en temps réel (vannes, régulateur
PID…). Les contrôleurs seront ajoutés pour maintenir les conditions de débit, de pression et de température
dans le procédé. Une attention toute particulière sera portée sur les réacteurs en observant leurs conditions
limites de fonctionnement afin de palier à toutes dérives du procédé et d’éviter les emballements thermiques.
Le couplage de ce travail avec une analyse de risques (méthode HAZOP, arbre des causes, nœud papillon…)
va permettre de valider l’intégrité opérationnelle du procédé à toutes les étapes (démarrage, régime
permanent, arrêt de l’installation), afin d’en établir les causes et conséquence des dérives, et de proposer des
actions correctives sur le procédé.
Mots clés : Risques chimiques, sureté de fonctionnement des procédés, emballement thermique,
simulation des procédés (Aspen®, Aspen Hysys® dynamic), stabilité thermique des composés
chimiques, calorimétrie (DSC/DRC), méthodes d’analyse des risques
UE15 Calcul des matériels & évaluation économique d'une installation industrielle
En coopération avec l’IFP School
Dans le domaine de la production, les installations de fabrication traitant des fluides, les matériels utilisés en
transfert d'énergie (pompes, compresseurs, turbines, échangeurs de chaleur) ont un poids important concernant
les performances tant techniques qu'économiques. Ce type d’enseignement est capital pour des élèves
ingénieurs souhaitant s’orienter vers le domaine de la production.
Dans cette unité d’enseignement, il sera présenté les principaux appareillages utilisés en transport de fluides et
en échange de chaleur, leur principe de fonctionnement, les conditions d’utilisation, leur rôle dans les
procédés. Dans une seconde partie, les étudiants devront à partir de résultats obtenus par simulation, de
dimensionner les matériels et équipements concernés, d’en évaluer les coûts opératoires et d’investissement.
L'enseignement comportera :
Transfert de masse (définition, thermodynamique et application à l’industrie)
Mécanismes de diffusion dans différents milieux (gaz, liquide, solide (cristallins, poreux), membranes)
Transfert simultané de chaleur et de masse
Matériel de contactage liquide-vapeur
Mise en œuvre industrielle de la distillation
Dimensionnement sommaire des colonnes de distillation
Nombre de plateaux
Ballon de reflux
Echangeurs à faisceau et à calandre
Aérocondenseurs
Pompes
Projet déisopentaniseur
Evaluation économique de l’installation
Calcul économique
UE16 Contrôle et mise à l’échelle des procédés
En coopération avec l’IFP School
Le pilotage de procédés industriels exige une approche dynamique du risque et des grandes variables de
sécurité et de régulation afin d'approcher la notion de production en temps réel. L'approche ne peut se faire
qu'à travers des simulateurs d'unités industrielles réelles, capables d'apporter aux jeunes ingénieurs une
expérience et une compréhension des problèmes posés en exploitation.
Dans cette unité d’enseignement, les élèves seront capable d’élaborer un schéma bloc, de déterminer le type de
boucle de régulation à mettre en place, d’analyser la réponse des systèmes régulés (constante de temps, de
retard et de montée), de décrire les types de régulateur et leur comportement et de justifier le choix d’un
régulateur (stabilité, précision, amortissement, rapidité régulation). Enfin des séances de Travaux Pratiques
(14h) sont prévues à l’IFP School sur des bâtis industriels : Application à l'étude sur simulateur dynamique des
stratégies de régulation appliquée à une colonne de distillation industrielle (le choix de l’UE Calcul des
matériels & évaluation économique d'une installation industrielle est fortement conseillée)
Fondements des systèmes de régulation
Systèmes de surveillance
Symbolisme des instruments
Dynamique des systèmes
Capteurs primaire – Niveau
Calcul opérationnel
Fonctions de transfert : Cuve cylindrique - Association des fonctions de transfert
Classification des procédés – choix d’un modèle
Procédé «auto-régulant »
Procédé « intégrateur »
Le régulateur : nature, lien avec le procédé
Le régulateur P.I.D
Régulateur en boucle ouverte
Régulateur en boucle fermée
Réaction face à une perturbation
Régulation en distillation
Rôles des échangeurs et terminologie
Projet des réseaux des échangeurs de chaleur
Etude sur simulateur dynamique des stratégies de régulation
UE17 Intensification des procédés
Michael Tatoulian
L’enseignement proposé dans cette UE souligne les enjeux industriels de l’intensification des procédés qui
consiste à concevoir des procédés plus compacts et plus économiques, dont la capacité de production est de
plusieurs fois supérieure à celle d’un procédé conventionnel. Cette démarche d’intensification s’inscrit dans
un contexte de développement durable et répond aux enjeux environnementaux (procédés plus sûrs, moins
consommateurs d’énergie, de solvants), économiques (réduction des volumes des installations), sociétaux
(compétitivité de l’industrie chimique renforcée). Les exemples de recherches et de développements
industriels soulignent également l’aspect hautement pluridisciplinaire de cette thématique en forte extension,
impliquant les secteurs de la chimie moléculaire (synthèse en microréacteurs), des procédés (extraction en
hydrométallurgie et secteur pétrolier, traitement polluants liquides/gaz), et des sciences analytiques
(Laboratoires sur puces).
Intensification des procédés
Principe et contexte
Principes physiques pour les microsystèmes
Hydrodynamique, transferts thermiques et transferts de masse à petite échelle
Eléments de base procédés de microfabrication
- Techniques Silicium/verre (Techniques de lithographies, PVD (Evaporation, plasmas, pulvérisation)
–Fonctionnalisation chimique de surface (CVD, PECVD, MOPECVD, LPCVD, voie sol-gel) –
Techniques de gravure physique (RIE, Ion Beam ecthing, DRIE) et chimique – Techniques de
collage –
- Techniques polymères (PDMS, PMMA, COC, THV) pour systèmes microfluidiques– Traitement de
surface
Domaines d’application en systèmes microfluidiques et microréacteurs : étude de cas
La formation sera suivie d’un certain nombre d'études sur l'application de réacteurs intensifiés en chimie fine
en indiquant une comparaison directe des résultats obtenus en réacteurs agités discontinus et en réacteurs
continus intensifiés. L’accent sera porté sur des exemples illustrant un nombre d’application allant de la
synthèse chimique, aux procédés d’extraction et la séparation ainsi qu’au traitement d’effluents liquides ou
gazeux.
- TRAVAUX PRATIQUES : 14h
Le but des travaux pratiques est de pouvoir mettre en œuvre les principes de base acquis pour développer un
microsystème, comprenant les étapes suivantes : Définition de la géométrie canaux – Moulage – Technique
de collage – passage de connectiques, techniques de fonctionnalisation.
Mots clés : microfluidique, lab on a chip, microréacteurs, microfabrication, fonctionnalisation de surfaces
(voie plasma, voie liquide), transferts thermique, hydrodynamique, procédés chimiques à petite échelle,
développement durable, Réactions catalytiques hétérogènes, extraction liquide-liquide, Traitements des
effluents gazeux et liquides, procédés propres
UE18 Microbiologie Appliquée et Bioprocédés
Michel Minier
Qu’ils soient indésirables, ou au contraire recherchés et exploités par les humains, les micro-organismes jouent
un rôle majeur dans des secteurs économiques extrêmement variés (Agro-alimentaire, Cosmétiques, Energies
renouvelables, Santé, Traitements des eaux, Corrosion des matériaux, Hydrométallurgie, etc.). Ils se trouvent au
cœur d’un grand nombre d’activités industrielles, et ce de plus en plus, du fait de la tendance actuelle à
rechercher des substituts renouvelables ou « certifiés biologiques », aux molécules de synthèse issues de la
pétrochimie. Nos futurs ingénieurs chimistes généralistes ne pourront que mieux participer aux révolutions
industrielles qui se dessinent, s’ils sont armés de connaissances solides en biotechnologie.
Chaque fois qu’il sera possible, la description d’une particularité biologique sera associée à une conséquence
dans le domaine des applications.
1- Cellules microbiennes : Structure et physiologie - méthodes de caractérisation.
Exemples : Bactéries, levures, micro-algues, cellules animales et végétales.
Applications : production de protéines recombinées, biosynthèse de polysaccharides pour la cosmétique,
microbiote épidermique, agents anti-microbiens.
2- Métabolismes microbiens : Point de vue des cellules et exploitation par les humains.
Applications : Productions de biocarburants (solvants, triglycérides, hydrogène, méthane), traitements des eaux,
produits agro-alimentaires et cosmétiques, biohydrométallurgie.
3- Génie microbiologique :
- Croissance et production microbiennes : Description, Mesures, Modèles Cinétiques.
- Mise en œuvre et mode de fonctionnement des bioréacteurs – Détermination des transferts gaz-liquide (KLa) en
fermenteur.
UE19 Cosmétique pour l’Ingénieur
Michel Minier
L’industrie cosmétique constitue un bassin d’emploi important pour les ingénieurs chimistes, en particulier pour
ceux formés à Chimie ParisTech. Au niveau mondial, la France tient encore la toute première place du secteur
cosmétique, tant grâce à son image historique de « Référence » dans les produits du luxe que grâce au
dynamisme de son industrie dans la recherche et le développement de produits et de procédés de production
innovants. Ces innovations sont, aujourd’hui plus que jamais, nécessaires pour répondre aux récentes prises de
conscience de l’importance de l’impact environnemental et sociétal des activités humaines et aux exigences
toujours plus grandes des consommateurs vis à vis de l’efficacité et de la sécurité des produits et d’une certaine
éthique industrielle. D’où un intérêt croissant du secteur de la cosmétique pour les ressources naturelles et les
biotechnologies, tout en multipliant les efforts entrepris pour développer une chimie « plus verte ».
Contenu scientifique :
1- La peau : structure et fonctions.
2- Matières premières naturelles et synthétiques.
- Chimie des arômes et des colorants.
- Pigments minéraux
- Mise en œuvre des corps gras en formulation cosmétique
- Polysaccharides in Cosmetics : Rheology / Structure relationship
- Ingrédients cosmétiques dits actifs : Activités et revendications associées »
3- Rhéologie : théorie et applications
4- Procédés de production
- Eco-conception des procédés
- Exemple de la gestion d’un atelier de production de céramides
UE20 Physicochimie et formulation des colloïdes et systèmes auto-associatifs
Valérie Cabuil
Cette Unité d'Enseignement s'inscrit dans tout parcours relatif à la formulation et en particulier la formulation
pour la cosmétique. Il s'agit de fournir les outils de physicochimie permettant d'aborder la formulation avec
les bases fondamentales indispensables à la mise en place de démarches innovantes dans ce domaine
toujours en pleine expansion. De nouvelles matières premières, de nouveaux procédés doivent être considérés
pour répondre aux exigences toujours plus grandes des consommateurs vis à vis de l’efficacité et de la
sécurité des produits et en termes d'éthique industrielle et sécurité environnementale. Cela pose de nouveaux
problèmes de formulation qui sont de réels défis pour les industriels concernés et interpellent les services de
R&D. L'empirisme et le "savoir-faire" parfois mis en avant dans ce domaine ne sont pas suffisants pour
aborder ces défis et toutes les connaissances récentes de physicochimie expérimentale doivent être
mobilisées pour proposer des solutions innovantes.
- Concepts de base de thermodynamique et de physico-chimie des systèmes dispersés: interactions,
pression osmotique, transitions de phase (systèmes isotropes et anisotropes
- Emulsions, micro-émulsions, émulsions multiples, mousses, aérosol, dispersions liquide-solide
- Rôle des polymères : Application à la formulation.
- Liposomes
- Une étude de cas
UE21 Imageries médicales: Avancées et défis Christian Girard
Cette UE propose de former les Ingénieurs-Chimistes au domaine de l'imagerie médicale. Elle fait appel à des
compétences pluridisciplinaires, une des caractéristiques de nos élèves, car elle demande des connaissances
aussi bien en chimie, qu'en physique, en biologie et en médecine. Cette thématique se situe donc dans une
réelle zone d'interface et qui, de plus, est en constante ébullition. Le domaine de l'imagerie médicale est
devenue une spécialité réelle et la recherche de pointe s'adosse parfaitement aux activités des laboratoires
académiques et industriels. Elle demande une forte part de créativité et de nouveauté, d'innovation et de
développement technologique; pour répondre aux besoins des entreprises. Elle ouvre également la voie à
l'entreprenariat, plusieurs PME ayant vu le jour dans ce domaine de recherche.
Compétences affichées:
- Synthèse organique, inorganique et physico-chimie (des agents d'imagerie, des techniques de
greffage, des objets, etc.)
- Maîtrise de la théorie des phénomènes et des techniques d'imagerie
- Connaissance des diverses techniques (US, EPR, IRM, optique, X, nucléaire)
- Connaissances biologiques nécessaires à l'imagerie
- Législation et aspects industriels
De manière à acquérir une expertise en chimie des techniques modernes d'imagerie, et en particulier l'imagerie
moléculaire et fonctionnelle utilisant des agents de contraste et le ciblage, et les développements techniques y
étant reliés, les sujets suivants seront abordés:
- Les différents types d'imagerie: énergies, contraintes, applications et défis
- Etudes des imageries médicales: échographie (ultrasons), résonance paramagnétique électronique,
résonance magnétique nucléaire, imagerie optique (fluorescence, phosphorescence, luminescence),
rayons-X et nucléaire (scintigraphie, tomographie par émission de positon (TEP), tomographie par
émission monophotonique (TEMP))
- Pour chaque technique: principes, domaines d'application, contraintes, sondes d'imageries et
amélioration du contraste, nouvelles approches et défis
- Objets utilisés pour les imageries: molécules, complexants, liposome, particules
- Méthodes de greffage / couplage pour la synthèse et la fonctionnalisation des objets
- Vectorisation et ciblage spécifique: bases biologiques et cibles cellulaires
- Nouvelles architectures nanoparticulaires (fonctionnalisation, ciblage, imagerie multimodale, utilisation
en recherche préclinique)
- Bioorthogonalité et imagerie moléculaire, cellulaire et fonctionnelle
- Toxicité, commercialisation et aspects légaux
UE22 Procédés innovants pour l’analyse et le diagnostic : Conception et miniaturisation
Fanny d’Orlyé
L’objectif de cet UE est de former des ingénieurs possédant des compétences scientifiques et technologiques
de pointe dans le domaine des sciences analytiques et de la miniaturisation des systèmes analytiques pour la
conception de laboratoires sur puces. Grâce à un enseignement adossé à la recherche et en lien avec
l’industrie, les étudiants se verront en mesure de développer des concepts, des instruments et des méthodes
innovantes en réponse aux problématiques actuelles du domaine de l’analyse et du diagnostic (analyses
rapides, à bas cout et haut débit, sensibles et spécifiques, transportables sur site ou adaptées aux milieux
confinés, et à faible impact environnemental). Cette formation, donnée dans un esprit généraliste, se situe à
l’interface de la chimie supramoléculaire, de la chimie des colloïdes, des matériaux, du génie des procédés et
des biotechnologies. Elle s’appliquera au contrôle et à l'optimisation de procédés industriels dans les secteurs
de l’agroalimentaire, de l’énergie nucléaire ou photovoltaïque et de la santé. Ainsi, à l’issue de ces
enseignements, l’expertise acquise par les étudiants de Chimie ParisTech leur permettra autant de s’insérer
dans le milieu professionnel, au sein d’un grand groupe industriel ou dans une démarche entrepreneuriale,
que de poursuivre leurs études dans le domaine de la recherche académique au meilleur niveau.
Compétences affichées :
A l’issu de ces enseignements, les étudiants seront capables de concevoir un microsystème analytique pour
répondre à une problématique ouverte du domaine de l’analyse ou du diagnostic. Ils sauront prendre en
compte les étapes essentielles d’un schéma d’analyse totale, à savoir l’introduction et le traitement de
l’échantillon liquide, la mise en mouvement des fluides et la séparation des composants chimiques et/ou
biologiques issus de l’échantillon, ainsi que leur identification et leur quantification. Dans ce contexte, ils se
seront approprié les nouveaux outils analytiques et bioanalytiques permettant la miniaturisation de ces étapes
et leur mise en œuvre au sein de microsystèmes.
L’ingénierie d’un dispositif analytique miniaturisé doit prendre en compte les trois étapes essentielles d’un
schéma d’analyse totale, à savoir l’introduction et le traitement de l’échantillon liquide, la mise en
mouvement des fluides et la séparation des composants chimiques et/ou biologiques issus de l’échantillon,
ainsi que leur identification et leur quantification. Dans ce contexte, les étudiants s’intéresseront plus
particulièrement aux nouveaux outils permettant l’intégration de ces différentes étapes dans un système
miniaturisé.
De nouveaux outils miniaturisés pour améliorer l’analyse et le diagnostic
1/ Nouveaux objets sélectifs et interactions non-covalente en chimie supramoléculaire : anticorps,
aptamères, ligands spécifiques, MIP …
2/ Nouveaux supports sélectifs et intégration dans les systèmes séparatifs miniaturisés : systèmes
colloïdaux, bioconjugués, systèmes autoassemblés …
3/ Microélectrodes et (bio)capteurs électrochimiques
4/ Microfluidique et laboratoires sur puce (systèmes intégrant toutes les étapes d’une analyse, du
traitement de l’échantillon au rendu du résultat) :
microtechnologies pour la microfluidique (fabrication des puces, matériau, traitement de surface,
géométrie des microcanaux) et éléments de microfluidiques (écoulements, actionnement, mélanges,
…)
Les développements méthodologiques
1/ Modes de traitement de l’échantillon : chromatographiques et électrocinétiques
2/ Modes de séparation : chromatographiques et électrocinétiques
3/ Modes de détection intégrés et couplés : electrochimie, UV-Vis, MS, fluorescence,
conductimétrie, …
Les domaines d’applications
1/ Les bioprocédés et la santé : le diagnostic in vitro
2/ Le contrôle qualité et le contrôle actif en ligne des procédés : agroalimentaire, énergie nucléaire et
photovoltaïque
3/ L’environnement et le développement durable : traitement des eaux et des effluents (eaux, gaz,
déchets solides,…) pollués par des résidus médicamenteux, des cations métalliques, …
Cette UE sera conçue pour préparer au mieux les étudiants de Chimie ParisTech à aborder les problématiques
actuelles du domaine de l’analyse et du diagnostic, afin de concevoir des dispositifs d’analyse rapides, à bas
cout et haut débit, sensibles et spécifiques, transportables sur site ou adaptés aux milieux confinés, et à faible
impact environnemental.
Leur réflexion reposera sur l’utilisation de nouveaux supports (nanoparticules, nanotubes) et objets sélectifs
(anticorps, aptamères) vis-à-vis des composés à analyser pour le développement de nouvelles méthodes
(chromatographiques ou électrocinétiques) de concentration, extraction et séparation miniaturisées, basées sur
des mécanismes de reconnaissance moléculaire. Ils seront également amenés à se familiariser avec les
différents modes de détection sensibles et miniaturisables. Leur attention sera tout particulièrement orientée
vers le développement de nouvelles technologies électrochimiques pour la détection (ultramicroélectrodes,
biocapteurs) et leur intégration dans les microsystèmes.
UE23 Modélisation Multi-échelle pour l’ingénieur : de la molécule au dispositif Carlo Adamo
Ce module se propose d’illustrer, dans une optique véritablement multi-échelle, les principales méthodes de
simulation et de modélisation susceptibles d’être d’intérêt pour l’ingénieur dans un milieu industriel. En
particulier, les étudiants acquerront des compétences liées aux méthodes de simulation atomistiques (quantiques
et classiques) et mésoscopiques, qui permettent la description de systèmes de taille et de complexité croissantes
ainsi que le calcul de leurs propriétés. Le cours se focalisera sur la simulation et la prédiction des processus et
des propriétés d’intérêt industriel. L’intervention des industriels dans le module permettra aux étudiants de
prendre conscience de l’importance de la modélisation dans le contexte industriel actuel ainsi que de
contextualiser les méthodes décrites (limites et avantages) avec des exemples réels d’intérêt industriel.
Le but ultime du cours sera de donner aux étudiants des connaissances suffisantes afin de choisir la
méthodologie la plus adaptée à la résolution d’un problème de conception ou à la description d’un dispositif réel,
ainsi que de fournir une image réaliste du rôle de l’ingénieur en modélisation dans un milieu industriel.
Ce module se propose d’illustrer les principales méthodes de simulation et modélisation susceptibles d’être
d’intérêt pour l’ingénieur dans un milieu industriel.
Différentes méthodes de simulation -ainsi que leur intégration- permettant la description et la prévision des
propriétés microscopiques et macroscopiques de systèmes allant de la molécule au dispositif macroscopique
ainsi que la conception de nouveaux systèmes seront ainsi abordées. En particulier, les étudiants acquerront des
compétences liées aux méthodes de simulation atomistiques (quantiques et classiques) et mésoscopiques, qui
permettent la description de systèmes de taille et complexité croissantes ainsi que le calcul de leurs propriétés.
Cet enseignement s’appuiera sur les connaissances en Modélisation Moléculaire déjà acquises en 2A qui
représentent de-facto un pré-requis incontournable pour le module.
Le cours se focalisera sur la simulation et la prédiction des processus et des propriétés d’intérêt industriel.
Nous citerons à titre d’exemple : les propriétés d’ensemble des matériaux (élasticité, mobilité, conductivité), la
couleur ou les propriétés magnétiques, ainsi que la catalyse (homogène et hétérogène), les phénomènes et la
réactivité de surface/interfaces (ex. corrosion, passivation) ou en milieu confiné. De même, la possibilité
d’utiliser des simulations multi-échelles pour la conception de nouveaux systèmes avec des propriétés ad-hoc
sera détaillée.
Le domaine d’applicabilité et le caractère prédictif ou descriptif des méthodes seront particulièrement mis en
évidence et exemplifiés grâce à l’intervention de scientifiques externes -travaillant dans des sociétés privées ou
publiques- qui utilisent ces outils de simulation au quotidien. Des scientifiques appartenant à l’INERIS, l’IFP,
EDF, à L’Oréal, Total ou encore AirLiquide ont déjà donné leur accord pour intervenir dans le module.
UE24 Valorisation durable de ressources primaires et secondaires : production et recyclage de métaux
stratégiques
Alexandre Chagnes
UE25 Conversion et stockage de l’énergie : hydrogène et piles à combustible - batteries
Michel Cassir
L’UE proposée est à la fois dans la continuité des enseignements de 1A et 2A de Chimie ParisTech, notamment,
chimie des solutions, électrochimie, chimie des matériaux et procédés, et une ouverture vers un domaine
d’application dédié aux énergies nouvelles et renouvelables essentiellement à travers des dispositifs
électrochimiques. Le but est tout d’abord de donner, en synthèse, le positionnement des énergies renouvelables
(solaire, éolien, géothermique…) dans le menu énergétique actuel et de montrer ensuite le rôle d’un vecteur
énergétique tel que l’hydrogène et de convertisseurs d’énergie de grande actualité : les piles à combustible et les
batteries dans toute l’ampleur de leur gammes (température, électrolytes, électrodes, systèmes) et application
(transport, stationnaire, portables).
Vu l’importance de l’hydrogène et son association aux piles à combustible, nous dédierons une partie de ce cours
à sa production par des procédés « propres » et, en particulier, l’électrolyse de l’eau. Nous aborderons également
la problématique de son stockage chimique par voie solide, ainsi que son transport. Dans ce dernier cas, tant les
verrous technologiques que législatifs seront présentés.
Nous nous intéresserons par la suite à la connaissance physico-chimique approfondie des piles à combustible et
batteries (thermodynamique, cinétique, transport aux électrodes…), associée à une vision de leur diversité et de
leur mise en œuvre. Les aspects nouveaux matériaux et nanostructures seront analysés plus particulièrement. De
même, une partie significative sera dédié aux nouveaux concepts de batteries et de piles. Nous cherchons à
travers ce module à mettre de l’avant la dualité applications finalisées, avec des partenaires industriels ou
institutionnels ciblés (Renault, CEA, Vedecom, Institut de la mobilité durable, EDF, GDF, Rhodia…), et
recherche fondamentale pour lever des verrous bloquant le développement de ces systèmes, notamment sur le
plan des matériaux. Un aspect original sera développé autour de nanostructures fonctionnalisés permettant de
favoriser les réactions électrochimiques (catalyseurs, facilitateurs de transport) ou de protéger les matériaux
(inhibiteur de corrosion, barrière de diffusion.
Au final, nous cherchons à ce que nos étudiants possèdent non seulement les notions actualisés sur les domaines
mentionnés, mais qu’ils en connaissent les potentialités, les défis sur le plan scientifique et qu’ils sachent se
projeter dans le monde vaste et prometteur des applications. Nous avons un très grand atout car cette thématique
repose aussi sur des compétences de recherche préexistantes à Chimie ParisTech, dans le cadre d’une stratégie à
long terme. Par ailleurs, l’articulation de cette UE avec l’autre UE du parcours « Chimie pour l’énergie » est un
aspect particulièrement attractif pour attirer nos élèves-ingénieurs vers un secteur créateur de nouveaux emplois,
ainsi que d’autres étudiants de PSL*, ParisTech et Gay-Lussac ou étrangers provenant de nos nombreux
échanges internationaux.
UE26 L'énergie solaire et le photovoltaïque : état des lieux et nouvelles voies
Daniel Lincot
Compte tenu de son évolution constante, le secteur de l’énergie photovoltaïque requiert des ingénieurs de
haut niveau, non seulement en physique mais aussi en chimie. En effet, la place de la chimie dans le domaine
est de plus en plus importante, en ce qui concerne les matériaux mais également au niveau des procédés et des
nouveaux concepts. Dans ce but, les enseignements proposés dans cette UE intègrent les plus récentes
avancées dans le domaine, tout en s’appuyant sur les connaissances fondamentales de physique et de chimie.
L’équipe pédagogique composée à la fois d’enseignants et de chercheurs de Chimie-Paristech, mais
également d’intervenants extérieurs, permet de proposer une formation en lien direct avec le contexte
industriel actuel. Les TP et TD proposés ont lieu dans les laboratoires, avec des équipements de pointe et des
logiciels performants. Par ailleurs de nombreuses entreprises sont susceptibles d’accueillir les étudiants en
stage. Tous ces éléments assurent aux étudiants une forte professionnalisation dans le domaine.
A la suite de ce module, les futurs ingénieurs seront en mesure de contribuer de façon significative à la mise
en œuvre de stratégies et de politiques énergétiques dans un contexte industriel ou plus académique. Les
connaissances acquises concerneront à la fois le fonctionnement des cellules solaires de chacune des
différentes filières mais aussi leurs modes d’élaboration, ainsi que le contexte économique lié aux énergies
renouvelables et solaire en particulier.
- Introduction (3h) : Généralités sur le photovoltaïque, contexte économique national et international, rappels
sur le rayonnement solaire
- Physique des cellules solaires (7h) : conversion photon-électron, réponse spectrale, photocourant,
rendement, pertes.
- Les différentes filières et les nouveaux concepts (7h) : silicium, couches minces, cellules organiques,
nouveaux concepts
- Conférences externes et/ou visites de site (3h)
Travaux pratiques en laboratoire (7h) : méthodes d’élaboration de matériaux en couches minces, réalisation
d’une cellule solaire et caractérisations.
TD de modélisation (3h)