INSTN-Institut national des sciences et techniques nucléaires - 1 · 2015. 4. 24. · Comportement mécanique des matériaux, 2 volum es (D François et al.) Ed Lavoisier. Dislocations

Master Énergie Parcours MET Page | 1


Contenu du parcours : Matériaux pour l’Energie et les Transports (MET)

Projet tutoré de recherche bibliographique portant chaque année sur une nouvelle thématique d’actualité dans le domaine des matériaux pour l’énergie et les transports.

Colloque de recherche de 2 jours sur cette même thématique. +UE mutualisé avec le parcours « Photovoltaïque et véhicule électrique » (MATEC)

*UE mutualisé avec le parcours MET

UE ECTS

S3 = 30ECTS

Gestion de Projet - Bureau d'Etude 2 TC Energie

Obligatoire Langue vivante 2

+Modélisation et simulation numérique (DFT/DM,

CASTEM/RADIOSS, CIVA, COMSOL) 4

TC MET

Obligatoire

+Propriétés physiques et fonctionnelles des matériaux

pour l'énergie et le transport 5

Surfaces, interfaces, corrosion et protection des matériaux

5

Projet de recherche bibliographique 4

Analyse des surfaces et caractérisation du vieillissement des matériaux

4

2 UEs parmi ces 4

Matériaux avancés pour l'Energie et le Transport 4

Matériaux pour l'Energie Nucléaire (Fission, Fusion)

4

Matériaux pour les Nouvelles Technologies de l'Energie

4

S4 = 30ECTS

*Relations microstructures propriétés mécaniques 4

Obligatoire

*Mécanique des matériaux : Plasticité 3D, Fatigue, rupture

4

Stage 22


TRONC COMMUN

UE1 « Modélisation et Simulation Numérique (DFT/DM, CASTEM/RADIOSS, CIVA, COMSOL) »

Coordinateur(s) Pierre Richard DAHOO (UVSQ-LATMOS)

Equipe pédagogique Marc MEUNIER (BIOVA), Hervé MICHAEL (ALTAIR ENGINEERING), Eric BOYER (ALTAIR ENGINEERING), Pierre CALMON (CEA), Constantin MEIS (INSTN-CEA), Pierre Richard DAHOO (UVSQ-LATMOS), Jorge LINARES (UVSQ-GEMAC)

ECTS / Nombre d’heures 4 ECTS / 17h (CM) + 28h (TD)

Prérequis Connaissance de base en utilisation de l’Unix (Linux). Connaissance fondamentales en science des matériaux (physique de l’état solide, mécanique des matériaux)

Objectifs de l’UE Apprendre à appliquer à travers des logiciels de simulation numérique des modèles multi-physiques et multi-échelles pour représenter un système et différents phénomènes physiques en évolution. S’initier à l’utilisation de logiciels industriels pour le contrôle non destructif.

Contenu de l’UE Modélisation Multi-physique par méthode des éléments finis COMSOL, (Thermo-élasticité et Electromagnétisme)

Modélisation Multi-échelles Modélisation-simulation à l’échelle atomistique : Density Functional Theory (DFT) et Dynamique Moléculaire (MD) en utilisant Materials Studio (CASTEP et GULP) de BIOVIA et de méthodes de Monte Carlo

Modélisation-simulation à l’échelle mésoscopique et macroscopique en utilisant RADIOSS de ALTAIR Engineering.

Contrôle non destructif des matériaux (détection des défauts et suivi de leur évolution) en utilisant le code CIVA de CEA-EXTENDE

Mots-clés Modélisation Multi-physique, Modélisation multi-échelles, Contrôle non destructif. Systèmes, Modèles, Interactions, Méthodes Numériques ; Méthode des éléments finis ; Introduction à l’utilisation de codes numériques industriels : CASTEP (DFT)-GULP (DM) ; Monte Carlo; RADIOSS, COMSOL ; CIVA

Compétences Maitriser l’utilisation des codes industriels appliqués dans le cadre des matériaux pour l’énergie et le transport.

Bibliographie conseillée

Lieu de la formation INSTN – CEA Saclay

Modalités des contrôles des connaissances

Contrôle continu et mini projet à réaliser en utilisant les codes enseignés


TRONC COMMUN

UE2 « Propriétés physiques et fonctionnelles des matériaux pour l'énergie et le transport »

Coordinateur(s) Yves DUMONT (UVSQ)

Equipe pédagogique Yves DUMONT (UVSQ), Julien BARJON (UVSQ), Ingrid STEINGER (UVSQ), Joseph SCOLA (UVSQ), Constantin MEIS (INSTN-CEA), Michel ROGER (INSTN-CEA)


Prérequis Bases de Physique de la Matière Condensée : cristallographie, réseau réciproque, zone de Brilouin, bandes d’énergie, liaisons chimiques,…

Objectifs de l’UE L'objectif de cette UE de S3 est de donner de solides notions et savoir-faire en propriétés électroniques des matériaux et hétérostructures, ainsi qu’en dynamique du réseau cristallin afin de comprendre et savoir résoudre les questions associées au transport électrique dans les composés métalliques, semiconducteurs, isolants mais aussi dans leurs hétérostructures (jonctions p/n, Schottky, MIS, etc.)

Contenu de l’UE Structure de bande : modèles de Sommerfeld pour les métaux et de Bloch Brillouin pour les semiconducteurs. Approximation des bords de bande parabolique. Type de porteur et masse effective.

Remplissage des bandes. Concentration de porteurs à l’équilibre: cas intrinsèque et extrinsèque. Transitions interbandes directes et indirectes. Spectroscopie d'émission et d’absorption.

Génération de charges électroniques dans les M et SC : dopage, photogénération, recombinaison.

Transport électronique diffusif dans les M et SC : modèle de Drude, équation de Boltzmann ; diffusion, conduction, photoconduction. Notion de mobilité. Mécanismes de limitation de la conductivité.

Ingénierie de structure de bande et hétérojonctions : adaptation des potentiels chimiques, travail de sortie

Hétérojonction active à base de SC : jonction PN à l’équilibre thermodynamique (équations de base). Jonction PN hors équilibre (polarisations directe et inverse, claquage inverse), (équations de base).

Hétérojonctions Métal-Semiconducteur (barrière Schottky).

Hétérojonctions métalliques. Effet Seebeck et Thomson

Dynamique du réseau cristallin et phénomènes de transport :

Phonons et propriétés thermodynamiques.

Phénomènes de transport, Linéarisation de l’équation de

Boltzmann, conductivité électrique, thermique, thermoélectricité

Mots-clés Semiconducteurs, Structure de bande, hétérostructures, transport, hétérojonctions, phonons

Compétences


Lieu de la formation INSTN - UVSQ


Examen écrit


TRONC COMMUN

UE3 « Surfaces, interfaces, corrosion et protection des matériaux »

Coordinateur(s) Philippe MARCUS (Chimie ParisTech)

Equipe pédagogique Philippe MARCUS (Chimie ParisTech), Vincent MAURICE, (Chimie ParisTech), Antoine SEYEUX (Chimie ParisTech), Damien FERON (CEA), Cécilie DUHAMEL (Mines ParisTech)


Prérequis Cristallographie (structure de volume) Propriétés électroniques des solides

Objectifs de l’UE Donner aux étudiants les connaissances fondamentales permettant de comprendre le lien entre les propriétés structurales et les propriétés chimiques des surfaces à l’échelle atomique ou moléculaire. Les applications à la corrosion et la protection des métaux et alliages seront présentées.

Contenu de l’UE Structure des surfaces,

Thermodynamique des surfaces,

Phénomènes d’absorption aux interfaces solide/gaz et solide/liquide,

Réactions fondamentales de la corrosion,

Passivation,

Corrosion localisée,

Moyens de protection

Mots-clés Surfaces, interfaces, métaux, alliages, corrosion, passivation, protection

Compétences Les étudiants acquièrent les connaissances fondamentales permettant de comprendre le lien entre les propriétés structurales et les propriétés chimiques des surfaces à l’échelle atomique ou moléculaire Ils maîtrisent la relation entre les concepts acquis et leurs applications dans le domaine de la protection contre la corrosion des matériaux métalliques


Lieu de la formation INSTN


Examen écrit (3 heures)


TRONC COMMUN

UE4 « Relations microstructures propriétés mécaniques »

Coordinateur(s) Maxime SAUZAY (CEA)

Equipe pédagogique Caroline TOFFOLON (CEA), Laurent DUPUY (CEA), Maxime SAUZAY (CEA)

ECTS / Nombre d’heures 3 ECTS / 15h (CM) + 3h (TP) + 9h (TD)

Prérequis o Notions de mécanique des milieux continus (contraintes et déformations)

o Diffusion, Diagrammes de phases, Cristallographie

Objectifs de l’UE Compréhension des mécanismes physiques de la déformation et origine des lois de comportement.

Contenu de l’UE Analyse des microstructures o Eléments de microstructure : grains, phases, solution solide. o Diagrammes de phases, solidification et transformations de phases. o Défauts dans les cristaux : sans dimension (lacunes, interstitiels), 1D

(dislocations), 2 D (joints de grains, macles), 3D (précipités, cavités). o Restauration- recristallisation. o Evolutions sous irradiation… o Exemple d’application : acier bainitique et acier austénitique

inoxydable)

Plasticité à l’échelle des dislocations o Rappel sur les dislocations : définition, vecteur de Burgers, théorie

élastique, cission résolue, force de Peach Koehler, o Les stades de la déformation : glissement simple, écrouissage,

glissement multiple, glissement dévié, grandes déformations. o Restauration, fluage et montée des dislocations. o Effets de la microstructure et de la composition sur le

comportement mécanique : solutés, précipités, taille de grain, … o Influence de l’irradiation sur le comportement des dislocations :

mécanismes élémentaires, canalisation. o Exemple d’application : acier bainitique et acier austénitique

inoxydable. o TP numérique : Simulations de dynamique des dislocations

Plasticité cristalline o Lois de plasticité et viscoplasticité avec densité de dislocations, loi

d’évolution, écrouissage, contrainte critique, facteur de Schmid, thermoactivation.

o Prise en compte de la restauration (montée), lois de fluage. o Problème d’Eshelby, inclusion plastique, hétérogénéité élastique. o Modèles simples d’homogénéisation polycristalline Taylor, Kröner. o Calculs des contraintes dans les précipités. o Localisation de la déformation (bandes de glissement, bandes

claires dans les matériaux irradiés), contraintes induites aux joints de grains.

o Exemples d’application : acier bainitique et acier austénitique inoxydable.

Mots-clés Microstructures, Dislocations, Plasticité cristalline

Compétences Prise en compte des éléments microstructuraux (e.g. cristallographie, défauts, précipités) et connaissance des phénomènes de diffusion (e. g. diagrammes de phases, restauration, recristallisation).

Etude de la plasticité à l’échelle des dislocations.


Etude du comportement mécanique.

Etude du lien entre la microstructure et le comportement mécanique : approche polycristalline (démarche micro-macro et modèles de plasticité cristalline employés).

Etude de la plasticité dans les matériaux irradiés et les matériaux hétérogènes.

Bibliographie conseillée Métallurgie, du minerai au matériau (J Philibert et al.) Ed. Dunod – Comportement mécanique des matériaux, 2 volumes (D François et al.) Ed Lavoisier. Dislocations et plasticité des cristaux (J.L. Martin), Presses Polytechniques Romandes.

Prérequis Notions de mécanique des milieux continus (contraintes et déformations)

Diffusion, Diagrammes de phases, Cristallographie



Un examen de 3h


TRONC COMMUN

UE5 « Comportement mécanique et endommagement des matériaux »

Coordinateur(s) Clotilde BERDIN (UPS)

Equipe pédagogique Clotilde BERDIN (UPS), Ludovic VINCENT (CEA), Anne-laure HELBERT (UPS)


Prérequis Mécanique des milieux continus, Théorie des poutres

Objectifs de l’UE Etudier la diversité des comportements mécaniques macroscopiques des matériaux (anisotropes, à comportement non linéaire dépendant ou non du temps)

Connaître les lois mécaniques à utiliser dans des calculs de structures mécaniques

Faire le lien entre chargements d’une structure et états mécaniques locaux.

Connaitre les différents modes d’endommagement en fonction de la sollicitation.

Contenu de l’UE Anisotropie élastique (MMC, RDM : élasticité linéaire isotrope, 3D)

Rhéologie 1 (1D non linéaire)

Rhéologie 2 (2D poutre flexion élastoplastique et aube de turbine viscoplastique + T°)

Plasticité 3D : critères de plasticité, notions d’équivalents, loi d’écoulement, écrouissages cinématique et isotrope, comportement cyclique, …. ex. d’application (acier bainitique-Inox)

Description et mécanismes des endommagements en chargement monotone (ductile, fragile, transition)

Mécanique de la rupture : o Entaille - Facteur de concentration de contrainte : KT o Facteur d’intensité de contrainte : K o Approche énergétique de la rupture o Relation entre G et K en statique o Fissures en élasto-plasticité- Plasticité confinée - Intégrale J o Problème des matériaux ductiles – Plasticité non confinée

Fatigue des métaux o Mécanismes o Durée de vie o Fissuration o Influence des contraintes –chargement multiaxial

Fluage des métaux o Essai de fluage, courbe de fluage o Mécanismes: fluage-dislocations et fluage-diffusion o L’endommagement par fluage

Mots-clés Anisotropie, Rhéologie, Plasticité, Mécanique de la rupture, Endommagement

Compétences Etude des différents comportements en unidimensionnel en relation avec les mécanismes de déformation

Eléments de mécanique des milieux continus pour la résolution de problèmes tridimensionnels

Réponse des matériaux élastiques linéaires isotropes ou non à un chargement mécanique ou thermique

Définition des critères limitant le comportement linéaire et réversible et écoulement plastique


Etude des mécanismes d’endommagement des matériaux Etude du comportement des structures fissurées

Bibliographie conseillée mms2.ensmp.fr ; mécanique des matériaux solides, Dunod ;



Un examen de 3h


UE OPTIONNELLE

UE01 « Analyse des surfaces et caractérisation du vieillissement des matériaux »

Coordinateur(s) Philippe MARCUS (Chimie ParisTech), Nihed CHAÂBANE (INSTN-CEA)

Equipe pédagogique Philippe MARCUS (Chimie ParisTech), Vincent MAURICE (Chimie ParisTech), Anouk GALTAYRIES (Chimie ParisTech), Antoine SEYEUX (Chimie ParisTech), Nihed CHAÂBANE (INSTN-CEA), Hicham KHODJA (CEA), Thomas VERCOUTER (CEA), Jean-Baptiste SIRVEN (CEA)

ECTS / Nombre d’heures 4 ECTS / 18h (CM) + 18h (TP)

Prérequis Notions de base (structures cristallines, structure électronique, propriétés de transport)

Objectifs de l’UE L’objectif est de donner les notions théoriques de caractérisation des surfaces et des couches minces, de fournir les bases instrumentales permettant d’appréhender facilement les potentialités de ces techniques, de présenter les applications l’étude des surfaces de matériaux.

Contenu de l’UE Méthodes d’analyse par spectroscopie électronique, spectrométrie de masse d'ions secondaires, microscopie à effet tunnel, microscopie à force atomique, faisceau d’ions (IBA : particle induced X-ray emission, Rutherford backscattering spectrometry, Nuclear reaction analysis), spectrométrie d’émission optique sur plasma induit par laser (LIBS, Laser Induced Breakdown Spectroscopy), applications à l’étude du vieillissement des matériaux.

Mots-clés Caractérisation de surface, XPS, ToF-SIMS, STM, AFM, IBA, LIBS

Compétences Posséder les connaissances sur les interactions rayonnement-matière, le principe des différentes techniques, et les aspects majeurs de l'instrumentation.

Être capable de choisir la méthode de caractérisation appropriée, de comprendre comment sont réalisées les mesures et d'interpréter les données.

Maîtriser les applications des techniques à l'étude du vieillissement des matériaux


Lieu de la formation Chimie ParisTech (ENSCP) et INSTN


Examen écrit (3 heures)


UE OPTIONNELLE

UE02 « Matériaux avancés pour l’Energie et le Transport »

Coordinateur(s) Jérôme CREPIN (Mines-ParisTech), Yves BIENVENU (Mines-ParisTech)

Equipe pédagogique Jérôme CREPIN (Mines-ParisTech), Yves BIENVENU (Mines-ParisTech), Sébastien JOANNES (Mines-ParisTech), Cécilie DUHAMEL (Mines-ParisTech)

ECTS / Nombre d’heures 4 ECTS / 23h (CM) + 8h (TP) + 5h (TD)

Prérequis

Objectifs de l’UE Relations comportement, durée de vie et microstructure, procédés ; connaissance de classes de matériaux

Contenu de l’UE Propriétés pertinentes et compétition entre matériaux pour l’aéronautique et l’automobile

Microstructure, traitement thermique et propriétés mécaniques des alliages métalliques et intermétalliques à hautes performances

Céramiques thermomécaniques, composites céramique matrice céramiques

Composites fibres matrice organique : architecture et propriétés des stratifiés

Mécanique de l’endommagement et de la rupture, fatigue, fluage, ruptures fragile et ductile

Revêtements, surfaces, environnement et température

Structures de solidification, forgeage, assemblages mécaniques, soudés, collés

Etudes de cas réels, pièces rompues en service Mots-clés Matériaux, Comportement, microstructure, procédés

Compétences Matériaux, mécanique, métallurgie physique, procédés, microstructures, Modélisation phénoménologique

Bibliographie conseillée Matériaux, de M.F.Ashby et D.R.H. Jones, Dunod

Lieu de la formation INSTN, MinesParis, Ecole Polytechnique


Examen 3h + Etude et restitution d’articles scientifiques


UE OPTIONNELLE

UE03 « Matériaux pour l’Energie Nucléaire (fission, fusion) »

Coordinateur(s) Damien FERON (CEA)

Equipe pédagogique Alain BARBU, Jean-Christophe BRACHET (CEA), Ludovic VINCENT (CEA)

ECTS / Nombre d’heures 4 ECTS / 36h (CM)

Prérequis Notions de base en métallurgie physique (microstructure, transformations de phases, défauts ponctuels, diffusion) et comportement mécanique des matériaux

Objectifs de l’UE - Apporter des connaissances approfondies sur l’utilisation des matériaux dans l’électronucléaire, réalité industrielle complexe dans laquelle les matériaux jouent un rôle crucial - Illustrer la mise en œuvre des concepts et outils de la science des matériaux au cas du nucléaire - Initier aux méthodes scientifiques actuelles (modélisation physique et expérimentation) pour les traiter

Contenu de l’UE Présentation générale o les réacteurs fission (Génération 2, 3 et 4) et de fusion, l’aval du

cycle du combustible ; o les matériaux dans les systèmes nucléaires, caractères génériques et

spécificités du nucléaire o la modélisation multi-échelle à base physique

Les mécanismes de vieillissement et de fragilisation des matériaux non soumis à l’irradiation o Aciers ferritiques, bainitiques, martensitiques (avec transition

ductile-fragile) : durcissement : précipitation fine, décomposition spinodale, strain

ageing abaissement de la contrainte de rupture fragile : ségrégation

intergranulaire, précipitation o Aciers inoxydables : abaissement de la ductilité des matériaux

(précipitation) o Alliages base Zirconium : comportement en conditions nominales

(corrosion, hydruration…) et accidentelles (fluage, rupture, oxydation et fragilisation après incursion à haute température)

Les mécanismes de vieillissement et de fragilisation sous irradiation o Mécanismes élémentaires d’endommagement sous irradiation :

création de défauts ponctuels (DP), cascades de déplacements et amas de DP, excitations électroniques, transmutations

o Evolution thermique des DP et des amas de DP et atomes de solutés

Structure, mobilité et comportement des DP ; puits et concentrations de DP

Evolution micro-structurale o Comportement macroscopique résultant

Mécanique : Durcissement, Fluage d'irradiation, Dimensionnel : Croissance, Gonflement Thermique : Effet Wigner

o Rupture brutale : la Transition fragile ductile de l’acier bainitique de cuve REP, traitement d’un problème de Sûreté

o Fatigue : la fatigue thermique de tuyauteries en acier inoxydable de


REP o Fluage et fluage d’irradiation : le gainage en alliage base zirconium

du combustible REP, les aciers inoxydables de réacteurs à neutrons rapides

Corrosion et corrosion sous contrainte o Réacteurs à eau légère

Bases de corrosion aqueuse (si nécessaire) Conditionnement chimique des réacteurs à eau légère Oxydation des alliages inoxydables (base fer et nickel) dans l'eau HT et

contamination du circuit primaire des REP Oxydation des aciers, érosion-corrosion Oxydation des gaines de combustible en alliages de Zr (conditions

nominales et accidentelles à haute température) Corrosion sous contrainte des alliages de nickel et des aciers

inoxydables - phénoménologie - modélisation o Réacteurs du futur (Gen 4) et la fusion

Les réacteurs Gen 4 et la problématique corrosion ITER & DEMO : circuits et corrosion Oxydation haute température (hélium – Gen 4) Corrosion dans les métaux liquides avec en particulier la dégradation

des alliages dans le sodium liquide (Gen 4) et le lithium (Fusion) et Dégradation des matériaux par le sodium liquide

Mots-clés

Compétences Notions de base en métallurgie physique (microstructure, transformations de phases, défauts ponctuels, diffusion), électrochimie et thermodynamique, et comportement mécanique des matériaux.




Examen oral basé sur l’analyse de publications ou examen écrit, en fonction du nombre d’étudiants.


UE OPTIONNELLE

UE04 « Matériaux pour les Nouvelles Technologies de l’Energie »

Coordinateur(s) Pere ROCA I CABARROCAS (Ecole Polytechnique)

Equipe pédagogique Pere Roca i Cabarrocas (Polytechnique), Michel LATROCHE (ICMPE Thiais), Patrick BUVAT (CEA), Julien VULLIET (CEA), Ludovic TORTECH (CEA)

ECTS / Nombre d’heures 4 ECTS / 30h (CM) + 6h (TP)

Prérequis Homogénéisation des acquis, Majeures souhaitées (Matériaux en évolution, Surfaces interfaces et environnement, Physique des matériaux, Microstructures et propriétés mécaniques)

Objectifs de l’UE Après une introduction très générale sur les problèmes énergétiques, les

contraintes, les diverses solutions envisagées, nous nous limiterons à

l’approfondissement de quelques-unes des nouvelles technologies ainsi

qu’aux propriétés des grandes familles de matériaux mis en jeu. L’objectif

est de transmettre, dans chacun des quatre chapitres abordés, de solides

connaissances fondamentales sur les matériaux et les principes de base des

technologies, et de faire découvrir aux étudiants les limites et verrous

actuels des recherches, ainsi que les perspectives envisagées. Il s’agira donc

de conduire les étudiants à réfléchir sur les domaines de recherches actuels

et de les préparer ainsi à un travail de thèse dans le domaine des matériaux

et nouvelles technologies de l’énergie.

Contenu de l’UE Introduction générale : Les énergies nouvelles, pourquoi ? Les enjeux socio-

économiques. Les solutions envisagées. Les matériaux.

Matériaux de stockage de l’hydrogène Stockage réversible dans les matrices métalliques :

o Thermodynamique et cinétique des réactions solide-gaz : dissociation de H2 à la surface, diffusion, mécanismes de nucléation et croissance des phases hydrures. diagrammes de phases. Tenue au cyclage et hystérésis, rôle des propriétés microstructurales.

o Propriétés structurales et physicochimiques des hydrures de composés intermétalliques des principales familles : AB, AB2, AB5 (A et B éléments de transition ou terres rares), composés à base de Mg…

o Relation entre propriétés physicochimiques et thermodynamiques (stabilité, enthalpies de formation, capacité maximum d’absorption d’hydrogène…)

Autres matériaux de stockage : aluminohydrures, borohydrures, matériaux

carbonés.

Applications

Stockage électrochimique - Les matériaux Principes de fonctionnement

o le principe des générateurs électrochimiques (piles et accumulateurs), capacités de stockage, potentiel d’équilibre, durée de vie en cyclage, autodécharge, cinétique électrochimique.

Les différents types de piles et accumulateurs électrochimiques o au plomb (plomb acide) o batteries alcalines : o Ni-Cd et Ni-Hydrure métallique : matériaux, réactions,

caractéristiques


o au lithium (lithium-métal, lithium-ion) : principe de l’insertion électrochimique, matériaux d’insertion

Matériaux pour les piles à combustible o la technologie à électrolyte polymère solide (PEMFC) : les matériaux

polymères perfluorosulfonés (microstructures, propriétés), la réduction électrochimique de l’oxygène (électrocatalyse), nanoparticules de métaux nobles.

o les piles à combustibles haute température (SOFC) : matériaux à conduction ionique, électrocatalyse haute température

Approche expérimentale : 6 h

o Montage et mise en œuvre d’une batterie nickel/ hydrure métallique.

Matériaux pour le photovoltaïque Rappel du principe et caractéristiques des piles photovoltaïques.

Matériaux Semiconducteurs (principalement Si, semiconducteurs III-IV et

alliages ternaires et quaternaires)

o Structure cristallographique, liaison chimique, structure de bandes et origine du gap, nature du gap (direct, indirect). Comment moduler la valeur du gap pour les applications ? Sélection des matériaux.

o Electrons et trous dans les semiconducteurs : semiconducteurs à l’équilibre- Impuretés et dopages (n ou p)- semiconducteurs sous tension- propriétés de transport.

o Processus de photoabsorption et mécanismes de recombinaison. o Les jonctions : (métal-semiconducteur), semicond.-semicond. (p-n ;

p-i-n ; hétérojonctions p-n). Porteurs et densités de courant à l’obscurité, sous éclairage, sous champ. Etats de surface et interface.

Matériaux pour films minces photovoltaïques : Films Si amorphe, Si

microcristallin- Films polycristallins CdTe, CuInSe2, CuInGaSe2…- rôle des

défauts-

Matériaux polymères.

Elaboration des matériaux.

Mots-clés

Compétences Approfondissement des connaissances fondamentales de base (Physico-Chimie des Matériaux, Thermodynamique, Electrochimie, etc…).

Capacité de synthèse et d’intégration des connaissances acquises dans des cours différents, pour concevoir un problème de recherche.

Capacité de faire une mise au point critique (les avancées et les verrous) des recherches actuelles et de réfléchir aux solutions envisagées.




Un examen de 3h

Documents

INSTN-Institut national des sciences et techniques nucléaires - 1 · 2015. 4. 24. · Comportement mécanique des matériaux, 2 volum es (D François et al.) Ed Lavoisier. Dislocations