UE Matériaux pour le transport et l'habitat / Materials for transport and housing

Appréhender les matériaux fonctionnels de demain, les grandes familles, leur élaboration, leurs propriétés, les mécanismes en jeu et leurs applications potentielles ainsi que se sensibiliser à la veille technologique.

A) Polymères conducteurs, électrolytes
    1. Élaboration
    2. Propriétés
    3. Applications (cellules solaires, piles à combustibles) (Michel Duclos)

B) Matériaux magnétiques
    1. Faire découvrir une industrie métallurgique française, un des leaders mondiaux de sa spécialité (les alliages): son histoire, son implantation, ses outils industriels, ses problèmes technico-économiques y compris le re- et co-traitement des déchets, ses grandes familles de produits avec principales propriétés et applications). Dans cette partie la présentation n'est qu'un guide et je rajouté bcq de choses à l'oral.
    2. Métier de la R&D industrielle
    3. Rappels rapides de magnétisme pour faire le lien entre les enseignements antérieurs et la partie suivante
    4. Matériaux émergents et applications très variées: cette partie d'un potentiel d'au moins 8h est réduite selon les années à 1h-1h30 en fin d'intervention. J'essaie de faire passer et montrer la forte relation de compréhension nécessaire du lien entre le matériau et son application.
       4.1 matériaux nanocristallins FeCuNbSiB et application disjoncteurs différentiels et composants en électronique de puissance
       4.2 alliages Phytherm pour régulation de température/appli cuisson par induction
        4.3 alliages FeNi - dynamique d'aimantation/ appli en moteur horloger
        4.4 alliages de relai polarisé ou non / dynamique d'aimantation sur actionneur linéaire pour la sécurité (gaz, électricité)
       4.5 dynamique d'aimantation dans les alliages à haute saturation pour actionneur linéaire de type injecteur de carburant
        4.6 substrat hypertexturé de substrat de supraconducteur haut Tc pour énergie transportée par "supergrid"
        4.7 matériaux magnétocaloriques FeSiLa-X pour "froid magnétique"
Cours donné par Thierry Waeckerle (Imphy)

C) thermo-électriques
Ce cours intitulé "matériaux thermoélectriques" a d'abord pour but de discuter des principaux effets thermoélectriques. Afin de permettre aux étudiants de visualiser ces effets, des démonstrations basiques ont lieu en cours. Il s'agit ensuite de faire le lien entre ces effets thermoélectriques et les propriétés thermoélectriques des matériaux grâce à l'introduction de la figure de mérite ZT. Les caractéristiques des principaux matériaux thermoélectrique sont ensuite discutées lors d'un travail en petit groupe au cours duquel les étudiants doivent trouver quelles applications correspondent le mieux à quels matériaux. Après une courte restitution, les principaux dispositifs thermoélectriques existants ainsi que les marchés associés sont décrits.

Plan :
1. Introduction
2. Principaux concepts
1. Les trois effets thermoélectriques
2. Efficacité thermodynamique : La figure de mérite
3. Application aux matériaux TE « réels »
- Qu'est ce qu'un bon matériau TE ?
- Comment améliorer les propriétés TE des matériaux
-  Dispositifs thermoélectriques : quelques bases
-  A vous de jouer : Quelles applications pour quels types de matériaux ?
-  Synthèse sur les principales applications de la thermoélectricité
    * Composition, élaboration
    * Propriétés et mécanismes
    * Application à la conversion d'énergie
Cours donné par Dimitry Tainoff (UGA)

D) Récupération d'énergie
Cours donné par Alain Sylvestre

Understand the functional materials of tomorrow, the major families, their development, their properties, the mechanisms involved and their potential applications as well as become aware of technological watch.

A) Conductive polymers, electrolytes
    1. Development
    2. Properties
    3. Applications (solar cells, fuel cells) (Michel Duclos)

B) Magnetic materials
    1. To introduce a French metallurgical industry, one of the world leaders in its field (alloys): its history, its location, its industrial tools, its technical and economic problems including the re- and co-processing of waste, its major product families with main properties and applications). In this part the presentation is only a guide and I add a lot of things orally.
    2. Industrial R&D business
    3. Quick reminders of magnetism to make the link between the previous teachings and the next part
    4. Emerging materials and very varied applications: this part of a potential of at least 8 hours is reduced according to the years to 1-1h30 at the end of the intervention. I try to convey and show the strong understanding relationship necessary to understand the relationship between the material and its application.
        4.1 FeCuNbSiB nanocrystalline materials and application of differential circuit breakers and power electronics components
        4.2 Phytherm alloys for temperature regulation/ induction cooking
        4.3 FeNi alloys - magnetization dynamics/ applied in watch motor
        4.4 Polarized or non-polarized relay alloys/ magnetization dynamics on linear actuator for safety (gas, electricity)
        4.5 Magnetization dynamics in high saturation alloys for linear actuators such as fuel injectors
        4.6 Hypertextured substrate of high superconductor substrate Tc for "supergrid" transported energy
        4.7 FeSiLa-X magnetocatalytic materials for "magnetic cooling"
Course given by Thierry Waeckerle (Imphy)

C) thermoelectrics
This course, entitled "thermoelectric materials", is primarily intended to discuss the main thermoelectric effects. In order to allow students to visualize these effects, basic demonstrations take place in class. The next step is to link these thermoelectric effects to the thermoelectric properties of materials through the introduction of the ZT merit figure. The characteristics of the main thermoelectric materials are then discussed in a small group work in which students must find out which applications best match which materials. After a short presentation, the main existing thermoelectric devices and associated markets are described.

Outline :
1. Introduction
2 Main concepts
1. The three thermoelectric effects
2. Thermodynamic efficiency: the figure of merit
3. Application to "real" TE materials
- What is a good TE material?
- How to improve the TE properties of materials?
- Thermoelectric devices: some basics
- It's up to you: Which applications for which types of materials?
- Summary of the main applications of thermoelectricity
    * Composition, development
    * Properties and mechanisms
    * Application to energy conversion
Course given by Dimitry Tainoff (UGA) 

D) Energy recovery
Course given by Alain Sylvestre

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On propose dans ce cours d'aborder la problématique des matériaux pour l'automobile. Pour cela trois exemples sont donnés via 2 intervenants industriels.

This course proposes to address the issue of materials for the automotive industry. For this purpose, three examples are given via 2 industrial partners.

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Dans ce cours on abordera les matériaux ciment et béton (Initiation aux matériaux cimentaires : Fabrication et utilisation du ciment et des bétons). ce cours est effectué par des industriels.

Cours sur les ciments par des ingénieurs de la société LAFARGE
Partie 1 : Historique et fabrication du ciment (Alexander PISCH)
Partie 2 : Historique, fabrication et utilisation des bétons (Blandine ALBERT)
Partie 3 : (Matthieu Horgnies)

A - Réactivité de surface & fonctionnalisation des matériaux de construction (2h)
1.    Introduction
    - Quelques définitions
    - La teinte du béton
2.    Caractériser les surfaces de matériaux
    - Variabilité de la composition de surface
    - Caractérisation des interfaces et étude de l'adhésion
3.    Fonctionnaliser les matériaux de construction
    - Fonctions (super)-hydrophobes/hydrophiles
    - Ancrage des pigments en surface des bétons
    - Paramètres influençant la colonisation biologique
4.    Innover : vers de nouveaux matériaux et concepts
    - Dépollution de l'air par des bétons avec charbons actifs
    - Incorporation de granulats à base de matériaux recyclés
    - Dépôt de couches minces photovoltaïques
5.    Conclusions : bilan, verrous technologiques & perspectives

B - Quelques axes d'innovation dans les matériaux de construction (et exemples d'application pour les énergies renouvelables) (2h)
1.    Quelques axes d'innovation dans les matériaux de construction ( à base de ciment)
    - Réduire les coûts de construction
    - Améliorer l'efficacité énergétique
    - Réduire l'empreinte environnementale
    - Améliorer l'esthétique
    - Se préparer à la digitalisation du travail
    - Développer de nouvelles solutions dans l'énergie
2.    Exemple 1 : Étude d'un nouveau procédé d'intégration du photovoltaïque en façade des bâtiments
    - Introduction : développement urbain et énergie
    - Comparatif entre les principaux types de cellules PV
    - Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV)
    - Description d'un nouveau système d'intégration du PV au béton 
    - Résumé des tests de caractérisation menés en laboratoire
    - 1ers essais d'industrialisation (vidéo)
3.    Exemple 2 : Étude d'un système de stockage de chaleur par voie thermochimique dans le bâtiment
    - Stockage pour résoudre le décalage saisonnier induit par les énergies renouvelables
    - Différents types de stockage d'énergie
    - État de l'art - Du ciment à l'ettringite
    - État de l'art - Stockage d'énergie à base d'ettringite
    - Modèles thermo-énergétiques : description du modèle du stockage
    - Simulation de l'évolution de la température du « béton d'ettringite » au cours des cycles
    - Conclusions et perspectives

This course will cover cement and concrete materials (Introduction to cementitious materials: Manufacture and use of cement and concrete). This course is given by industrial partners.

Cement courses by engineers from LAFARGE
Part 1: Cement History and Manufacturing (Alexander PISCH)
Part 2: History, manufacture and use of concrete (Blandine ALBERT)
Part 3: (Matthieu Horgnies)

A - Surface reactivity & functionalization of building materials (2h)
1.    Introduction
    - Some definitions
    - The colour of the concrete
2.    Characterize material surfaces
    - Variability of surface composition
    - Interface characterization and adhesion study
3.    Functionalize building materials
    - (Super)-hydrophobic/hydrophilic functions
    - Anchoring of pigments on the surface of concrete
    - Parameters influencing biological colonization
4.    Innovating: towards new materials and concepts
    - Air pollution control by concrete with activated carbon
    - Incorporation of aggregates based on recycled materials
    - Deposition of photovoltaic thin films
5.    Conclusions: assessment, technological bottlenecks & prospects

B - Some areas of innovation in building materials (and examples of applications for renewable energies) (2h)
1.    Some areas of innovation in building materials (cement-based)
    - Reduce construction costs
    - Improving energy efficiency
    - Reduce the environmental footprint
    - Improve aesthetics
    - Prepare for the digitalization of work
    - Developing new solutions in energy
2.    Example 1: Study of a new process for integrating photovoltaics into the facades of buildings
    - Introduction: Urban development and energy
    - Comparison between the main types of PV cells
    - Building Integrated Photovoltaics (BIPV)
    - Description of a new system for integrating PV into concrete 
    - Summary of characterization tests conducted in the laboratory
    - 1st industrialization tests (video)
3.    Example 2: Study of a thermochemical heat storage system in the building
    - Storage to solve the seasonal shift induced by renewable energies
    - Different types of energy storage
    - State of the art - From cement to ettringite
    - State of the art - Storage of ettringite-based energy
    - Thermo-energy models: description of the storage model
    - Simulation of the temperature evolution of "ettringite concrete" during the cycles
    - Conclusions and perspectives

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Ce cours vise à introduire une méthodologie rationnelle de sélection des matériaux et de leurs procédés d'élaboration en fonction des applications recherchées. Rappeler la démarche de l'analyse de la valeur et l'appliquer au choix des matériaux en utilisant notamment la méthode des indices de performance.

1 Introduction : variété et familles de matériaux
2 Rédaction de cahiers des charges fonctionnels
3 Fonctionnalité des matériaux
4 La méthode des indices de performance
5 La sélection des matériaux
    5.1 Méthodes de sélection multicritères
    5.2 Sélection multi-astreintes
    5.3 Méthodes d'intelligence artificielle
6 Utilisation et présentation des logiciels les plus courants - bases de données
    6.1 Présentation des logiciels
    6.2 Structure des bases de données

RQ : ce cours est effectué par un ingénieur de la société SCHNEIDER ELECTRIC (JM Maldjian)

This course aims to introduce a rational methodology for the selection of materials and their elaboration processes according to the applications sought. Recall the value analysis approach and apply it to the choice of materials, using in particular the performance index method.

1 Introduction: variety and families of materials
2 Writing of functional specifications
3 Functionality of materials
4 The performance index method
5 Material selection
    5.1 Multi-criteria selection methods
    5.2 Multi-asterintes selection
    5.3 Artificial intelligence methods
6 Use and presentation of the most common software  databases
    6.1 Software presentation
    6.2 Database structure

RQ: this course is conducted by a engineer of SCHNEIDER ELECTRIC (JM Maldjian)

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