UE 1 – Ingénierie Ingénierie Macromoléculaire : méthodologie de synthèses avancées Enseignants : Dr Michel BOUQUEY ; Dr. Philippe MESINI michel.bouquey@unistra.fr, mesini@ics.u-strasbg.fr Durée du cours : 18 h Objectifs : Décrire les différentes stratégies possibles pour élaborer des architectures macromoléculaires spécifiques permettant l’obtention de matériaux polymères aux propriétés ciblées. Pré-requis : Connaissance des différentes techniques de polymérisation en chaîne et par étapes. Maîtrise des notions de polymérisation contrôlée et vivante. Contenu : - Description des différentes architectures et morphologies accessibles par synthèse macromoléculaire - Propriétés attendues et recherchées de ces différentes architectures - Description des stratégies de synthèse convergentes et divergentes - Description des stratégies de synthèse permettant de mixer simultanément ou successivement les polymérisations en chaîne et les polymérisations par étapes - Rappel sur la polymérisation radicalaire: transfert et télomérisation, problématique du contrôle - Polymérisation contrôlée par iniferters, effet Kharash, nitroxydes (NMP) et métaux de transition (SFP) - Polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP) - Polymérisation avec transfert réversible par addition - fragmentation (RAFT) - Quelques exemples d’applications industrielles Physique et ingénierie comparative des matériaux Enseignant : Pr. Luc AVEROUS luc.averous@unistra.fr Durée du cours : 18h de cours Objectifs : Il s’agit d’ouvrir l’horizon des étudiants au delà du monde des Matières Plastiques. Actuellement le secteur de l’emballage représente prés de 40 % de la consommation des Matières Plastiques (MP) en Europe. C’est en se basant sur ce secteur économique très concurrentiel, dynamique et multilatéraux que le cours est construit. Il s’agit de donner aux étudiants des informations de base sur les principaux matériaux qui concurrencent les MP (verre, aluminium, papier, carton, acier …). Les principales techniques d’élaboration/mise en oeuvre ainsi que les principales propriétés physiques sont présentées par matériau. Il s’agit de les opposer aux propriétés des MP. Dans un second temps les associations avec les MP sont analysées (eg. complexe multicouche, …). Comme élément de choix de matériaux, les notions d’Ecobilan et d’ACV sont présentées. De plus, dans une approche pratique sur des cas concrets du secteur de l’emballage et par groupe, les étudiants établissent une démarche d’étude qui va de l’établissement du cahier des charges à la détermination du meilleur couple matériau/procédé en s’appuyant sur des données recueillies dans la littérature et des bases de données. Pré-requis : Notions de mise en forme des matériaux. Contenu : Introduction : généralités. Un champ d’application modèle : l’emballage Notions de relations propriétés / procédés sur différents matériaux Les métaux Aluminium Acier Propriétés Le verre

Généralités Verre creux Fibres de verre Propriétés

Composés cellulosiques Le papier

Le carton Propriétés

Association de différents matériaux, élaboration de complexes. Exemple de complexes et d’applications Notions d’Ecobilan

Définition Méthodologie Applications

UE 2 – Rhéologie et couches minces Rhéologie des fluides complexes Enseignant : René MULLER Rene.muller@unistra.fr Durée du cours : 18h (15h de cours + 3h de TD) Objectifs : Connaître les principaux types de lois de comportement phénoménologiques utilisées pour décrire les propriétés viscoélastiques non linéaires des polymères à l'état liquide. Connaître les méthodes d'identification des paramètres de ces lois. Savoir faire le lien entre un modèle moléculaire et une loi de comportement macroscopique. Connaître les principaux modèles moléculaires pour les polymères en solution et à l'état fondu, les uspensions et les émulsions. Pré-requis : Mécanique des fluides, viscoélasticité des polymères, rhéométrie. Contenu : Rappels sur les lois de comportement newtonienne et newtonienne généralisée sous forme tensorielle. Exemples d'applications. Critère d'objectivité et lois de comportement viscoélastiques sous forme différentielle. Dérivées de Jaumann et d'Oldroyd. Contraintes normales en cisaillement et principe de fonctionnement de l'extrudeuse à plateaux. Renforcement de contrainte en élongation. Grandes déformations et élasticité non-linéaire. Lois de comportement intégrales de liquides viscoélastiques: modèle de Lodge, de Wagner, modèle de K-BKZ. Aspects moléculaires: origine moléculaire de la contrainte dans un liquide, modèle de haltères élastiques, équation de Langevin et de Smoluchowski. Viscoélasticité des solutions de polymères, modèle de Rouse. Polymères à l’état fondu, modèle de Doi-Edwards. Orientation moléculaire dans les écoulements, relation entre contrainte et biréfringence. Milieux hétérogènes, rhéologie des émulsions, des mélanges de polymères, des polymères chargés Matériaux polymères en couches minces. Exemples des peintures et adhésifs Enseignant : Pr. Yves HOLL yves.holl@unistra.fr Durée : 18h cours Objectifs : Acquérir une vision globale des matériaux polymères en couches minces à travers leurs différents mécanismes de formation et leurs principales propriétés et applications. Etre confronté à des problématiques plus spécialisées qu'en deuxième année (rhéologie des colloïdes, mécanismes de séchage, mécanismes d'adhésion) et réviser à cette occasion divers aspects fondamentaux de la physico-chimie des polymères et des colloïdes. Intégrer des concepts divers pour appréhender la complexité de la formulation des peintures et adhésifs. Pré requis : Toutes les bases de la science des polymères. Contenu : 1. Généralités sur les matériaux polymères en couches minces Gamme d'épaisseur, principales applications et propriétés, techniques de préparations. 2. Propriétés rhéologiques des colloïdes 2.1. Introduction 2.2. Effets de fraction volumique et d'interaction 2.3. Effets de taille et de forme des particules 2.4. Effet de la phase continue

3. Mécanismes de formation des films minces polymères 3.1. Généralités 3.2. Films de latex versus films solutions 4. Mécanismes d'adhésion L'adhésion sur les plans pratiques et théoriques 5. Formulations des peintures 6. Formulation des adhésifs 7. Vision industrielle sur les revêtements organiques (intervenant BASF) UE 3 – Biomatériaux et biopolymères Biomatériaux Enseignant : Dr F. Boulmedais fouzia.boulmedais@ics-cnrs.unistra.fr Durée : 21h cours Contenu : Introduction aux biomatériaux : les matériaux dans le domaine des biomatériaux (les hydrogels, les biominéraux et les matériaux métalliques pour l’implantologie) - Caractérisation des propriétés visco-élastiques de films polymères (AFM indentation) - Notion de biologie cellulaire (récepteurs d’adhésion, signalisation), culture cellulaire - Réponse cellulaire aux biomatériaux : Cytotoxicité et inflammation - Les biomatériaux intelligents : Ciblage et libération contrôlée (stratégies de fonctionnalisation des biomatériaux et Vecteurs pharmaceutiques) - Biomatériaux et réparation tissulaire : Deux exemples la régénération osseuse et la reconstruction de vaisseaux sanguins. Biopolymères Enseignant : Luc AVEROUS luc.averous@unistra.fr Durée du cours : 12 h de cours Objectifs : Il s’agit d’offrir une vision d’ensemble sur le monde des biopolymères pour des applications environnementales (bioplastiques) et thérapeutiques (biomatériaux). Pour ce qui concerne les approches de développement durable cela englobe tant à la fois l’aspect biodégradabilité (fin de vie contrôlé) que biosourcé (substitut à des ressources fossiles). Il s’agit du secteur économique qui présente la plus forte expansion dans le domaine des matières plastiques. Pré-requis : Notions de base dans le domaine des polymères. Contenu : A- Polymères Biodégradables et Biosourcés Classifications et notions sur les biopolymères. Le marché Approches de la biodégradabilité Biodégradabilité et Biofragmentabilité Biodégradabilité, Phytotoxicité et Écotoxicité Durée du processus de biodégradabilité Mesure de la Biodégradabilité Agro-polymères Cellulose. Chitine-chitosane. Amidon. Lignines. Protéines. Polyesters biodégradables Définitions. PHA. PLA Matériaux biosourcés et non biodégradables B- Biomatériaux polymères à visés thérapeutiques Définitions. Classifications. Relations milieu vivant – Matériau. Types de matériaux utilisés.

UE 4 – Techniques d'étude des surfaces et propriétés optoélectroniques Matériaux semi-conducteurs organiques Enseignants : Pr. Thomas HEISER (ENSPS), Dr. Nicolas LECLERC (CNRS) Durée du cours : 18h de cours Objectifs : Ce cours porte sur les matériaux organiques conjugués, moléculaires et macromoléculaires, et sur leur utilisation comme couche active dans les composants opto-électroniques (transistor, diodes électroluminescentes, cellules photovoltaïques, capteurs…). Il a pour objectif de donner un aperçu des méthodes de conception et de synthèse de ces matériaux, de décrire leurs propriétés opto-électroniques et d’illustrer, à travers des exemples, leur fonction au sein des dispositifs. Le cours est composé de deux parties relativement indépendantes, de volume horaire équivalent et qui se dérouleront en parallèle: - La partie « A » est centrée sur les aspects moléculaires (notion de conjugaison électronique, orbitales frontières, outils de synthèse, structures moléculaires. Enseignant : N. Leclerc). - La partie « B » porte sur les propriétés optoélectroniques des couches minces organiques et sur les dispositifs (enseignant : T. Heiser). Pré-requis : Chimie de base des polymères. Contenu : Introduction générale Partie A : «Structures et propriétés (macro-)moléculaires » Notion de conjugaison électronique Matériaux conjugués et fonctions Outils de conception et de synthèse Matériaux organiques pour les transistors Matériaux organiques pour les diodes électroluminescentes Matériaux organiques pour les cellules photovoltaïques Partie B : « Propriétés optoélectroniques des matériaux et leurs applications » Etats excités et porteurs de charges Transport de charge : mécanisme et modélisation Transistors à effet de champ : principe de fonctionnement et technologies Diodes électroluminescentes : principe de fonctionnement et technologies Cellules photovoltaïques : principe de fonctionnement et technologies Surfaces et interfaces : fabrication et techniques d'études Enseignants : Pr. Pierre Schaaf, Dr. Carlos Marques schaaf@ics.u-strasbg.fr, marques@ics.u-strasbg.fr Durée du cours : 12h CM Objectifs : Donner les bases pour comprendre et utiliser différentes techniques d'étude des surfaces et interfaces (techniques optiques, microbalance à quartz par exemple). Décrire ces techniques et à partir d'un sujet d'étude voir comment ces techniques sont utilisées de manière complémentaire ainsi que leurs limitations. Les surfaces et interfaces liquides peuvent être modifiées ou fabriquées par auto-assemblage de molécules amphiphiles. Cette partie du cours portera sur les fondements de la formation de ces interfaces, la relation entre la structure moléculaire et l’architecture interfaciale ainsi que sur les phénomènes physiques déterminant la géométrie et la thermodynamique interfaciales. Pré-requis : Bases en électromagnétisme Contenu : A - Techniques d'études des interfaces ( 6h) I - Techniques optiques d'étude des surfaces A - Electromagnétisme aux interfaces - Conditions aux limites des champs électriques et magnétiques B - Lois de Fresnel C - Méthode des matrices pour les calculs des coefficients de réflectivité

D - Description de différentes techniques optiques (ellipsométrie, réflectométrie, microscopie à angle de Brewster, réfection plasmonique, IR en mode ATR) II - Microbalance à quartz A - Base physique de la technique B - description de la technique et interprétation de la mesure III - Mesure d'épaisseurs hydrodynamiques A - Signification physique d'une épaisseur hydrodynamique B - Description de la mesure C - Comparaison entre épaisseur hydrodynamique et épaisseur optique IV - Fluorescence Recovery After Photobleaching A - Quelques bases sur la fluorescence - Description de la FRAP et des informations que l'on peut en tirer V - Un exemple d'étude menée à partir de ces différentes techniques A partir d'un ensemble d'articles, dégager la complémentarité et les limitations des différentes techniques B – Formation et modification de structures interfaciales auto-assemblées I Les surfaces et interfaces liquides. Capillarité. Phénomènes d’adsorption interfacial. II Les molécules amphiphiles. Critères moléculaires de formation d’interfaces auto-assemblées. III La formation de micelles sphériques. Bases thermodynamique, évolution des propriétés des surfaces et interfaces avec la concentration. IV La formation de micelles cylindriques. Cinétique de polymères vivants. Techniques de saut de température comme outil d’étude la cinétique. V Les assemblages planaires. Phases lyotropes. Les phospholipides et les liposomes. Formation des auto-assemblages planaires, principales méthodes d’observation. UE 5 – Modélisation numérique : de l'électron aux propriétés des matériaux Enseignants : Pr. Jorg BASCHNAGEL, Dr. Daniel STOEFFLER, Pr. Christophe FOND Durée du cours : 18 h CM Objectifs : Les simulations numériques connaissent un développement très important et une utilisation de plus en plus large dans l'étude des matériaux. Le but de ce cours est de donner une introduction aux méthodes numériques depuis le calcul de la structure électronique jusqu'aux méthodes utilisées en physique des milieux continus en passant par la modélisation moléculaire de type Monte Carlo et Dynamique Moléculaire. Contenu : Introduction (échelles de temps/longueur : électrons-(macro-)molécules-objets mésoscopiques-propriétés macroscopiques ; approche multi-échelle : potentiel d'interaction réaliste, semiempirique, simplifié). Structure électronique et propriétés (Hartree-Fock, théorie de la fonctionnelle de la densité, applications). Modélisation moléculaire en physique de la matière condensée (fondations théoriques, dynamique moléculaire, méthode de Monte Carlo, applications : Car-Parrinello, simulation des systèmes polymères). Description de la matière par la théorie des milieux continus (par ex. méthode des éléments finis). UE 6 – Propriétés physiques et mécaniques des surfaces de polymères Enseignant : Pr. Christian GAUTHIER Durée du cours : Objectifs : Cette UEC permet d’acquérir des compétences scientifiques et techniques pour analyser les comportements physiques et mécaniques donnant une fonction à une couche mince de polymère. Contenu : Mécanisme microscopique du frottement dans les matériaux polymères : I)- Rappels: Elément de dynamique des polymères (modèles de Rouse, modèle de Zimm, reptation) II)-Friction à une interface polymère-approche microscopique 1) Liquide polymère : écoulement d’un fondu sur une brosse. Cas d’un fondu très enchevêtré, extrusion, 2) Frottement d’un élastomère sur une surface (Reiter, de Gennes, Adjari), 3) Frottement d’un Gel sur une surface (Reiter, Osada, application à la biologie), 4) Notion de lubrification.

Relation Frottement / mécanique du contact sur surfaces de polymères, de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique: contact macroscopique entre une surface idéalement lisse et une surface statistique rugueuse. Limite du domaine de contact élastique, élastique plastique et plastique. Evolution du frottement en fonction de la pression de contact. Propriétés mécaniques des polymères massifs et des couches minces: Réponse viscoélastique et viscoplastique d’une surface de polymère en indentation et glissement/rayure et techniques de mesures associées. Solutions utilisées pour rendre une surface moins rayable. Endommagements types : fissure, écaillage. UE 7 – Ouverture professionnelle Sélection proposée chaque année parmi les UE dispensées dans les Master Pro de l’Université et parmi les enseignements des Ecoles d’Ingénieurs de Strasbourg. UE 8 – Travaux pratiques, recherche documentaire * Chimie des polymères - Polymérisation radicalaire : homopolymérisation et copolymérisation, suivi cinétique, choix et utilisation d’agents de transfert - Polycondensation : Synthèse de polyuréthanes linéaires ainsi que réticulés (réticulation directe et post réticulation), mesure du taux de gonflement des élastomères et des résines obtenus. - Polymérisation en milieu hétérogène : On s’attachera ici à comparer une polymérisation en émulsion et une polymérisation en suspension, notamment du point de vue de la cinétique et de la morphologie des matériaux obtenus. * Physico-chimie Spéctrométrie IR : Détermination de la nature chimique d’homopolymères et de copolymères. - Caractérisation de la masse molaire Les masses molaires des polymères synthétisés par les étudiants seront évaluées par GPC et viscosimétrie. - DSC et microscopie optique Etudes des transitions dans les polymères amorphes et semi-cristallins (Tg, Tf et Tc) - Thermodynamique de surface JKR et Angle de contact et AFM

* Mécanique des polymères - Rhéologie DMA (analyse dynamique en cisaillement) et Rhéomètre capillaire (viscosité des polymères fondus). - Essais mécaniques Tests de traction : influence des caractéristique du matériau (nature chimique, réticulation …) et des vitesses d’essai. Essai de micro-rayure, et de nanoindentation

Recherche Documentaire Formation des étudiants à la méthodologie documentaire menée par le service « formation des utilisateurs » du Service Interétablissements de Coopération Documentaire (SICD), en collaboration avec les professionnels de la documentation de la bibliothèque de la discipline scientifique concernée. Cette formation articulée avec le contenu du module de méthodologie disciplinaire prévu dans la maquette du Master. La formation déclinée en trois modules de trois heures, depuis l’identification des sources documentaires jusqu’à la constitution d’une bibliographie. (Choisir ses sources, Identifier et atteindre les documents, maîtriser la gestion de ressources documentaires) UE 9 - Langues

UE 10 - Libre Ouverture Professionnelle : Sélection proposée chaque année parmi les UE dispensées dans les Master Pro de l’Université et parmi les enseignements des Ecoles d’Ingénieurs de Strasbourg.