Parcours Chimie 2e et 3e année

Cette UE traite de deux parties, d'une part des vitesses de réaction, et d'autre part des aspects énergétiques et des déplacements d'équilibre associés à une réaction chimique.

Elle vise à comprendre les méthodes qui permettent de déterminer et mesurer des vitesses de réaction, de comprendre les facteurs qui l'influencent, à savoir déterminer un ordre partiel ou global en liant modèle et résultats expérimentaux.

Pour la partie thermodynamique, on s'attachera à évaluer les échanges énergétiques et les grandeurs de réaction, à réaliser un bilan calorimétrique, à analyser l'origine de l'irréversibilité, à prédire une situation d'équilibre ou un sens d'évolution pour une réaction chimique.

On appliquera les notions thermodynamiques à l'étude des différents états d'un corps pur et de systèmes binaires.

Les concepts théoriques seront mis en pratique via les exercices de TD, et à l'occasion de trois séances de travaux pratiques durant lesquelles les données expérimentales seront acquises et analysées.

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Introduction aux notions de base du calcul différentiel et de l'algèbre linéaire.

Compétences visées: calcul de dérivées partielles, étude de fonctions en plusieurs variables, notamment approximation affine, espaces tangents et extrema locaux ; calcul matriciel, produit, inversion et diagonalisation de matrices, applications aux fonctions en plusieurs variables.

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L'objectif pédagogique du processus d’exploration professionnel est de rendre les étudiants acteurs de leur parcours en s’appropriant une démarche de réflexion et d’exploration autour du projet de formation, aider les étudiants à prendre des décisions  sur son projet professionnel et sa poursuite d'études.

Pour ce faire , les étudiants sont amenés à développer une vision plus précise des métiers auxquels mène la formation et connaître mieux les formations à leur disposition ainsi que leurs débouchés.

Ils découvrent le monde professionnel à travers des entretiens, des salons métiers.

Cette UE est développé en lien avec l'Espace OIP de l'UGA.

Les étudiants développeront des compétences visant à développer leur portefeuille d’expériences et compétences (PEC) et à ravailler en autonomie et  en équipe.

Une grande partie du travail se fait en autonomie et par groupe.

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Thermodynamique macroscopique :
 -Notions de base : Gaz Parfait, théorie cinétique, coefficients thermoélastiques, réversibilité
- Premier principe : échanges d'énergie sous forme de chaleur et de travail, coefficients thermiques, lois de Joule.
- Second Principe : énoncés historiques, cycles dithermes et polythermes, énoncé macroscopique, approche statistique,
troisième principe
- Machines thermiques : moteur, réfrigérateur, pompe à chaleur
- Fonctions thermodynamiques : Enthalpie, Énergie libre, Enthalpie libre, relations de Maxwell et de Clapeyron
- Transitions de phase du corps pur : point triple, point critique, chaleurs latentes.

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Spectroscopie :

Seront vues différentes techniques spectroscopiques et spectrométriques (Infra Rouge ; résonance Magnétique Nucléaire ¹H, ¹³C ; spectrométrie de masse) ainsi que la méthode complémentaire d'analyse élémentaire.

Réactivité :

En se basant sur différents mécanismes (substitution nucléophile, élimination, addition électrophile), la réactivité des halogénoalcanes, des alcools/thiols, éthers/thioéthers, époxydes, des amines, des alcènes et des alcynes seront vues.

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Cette UE s'intéresse au risque chimique pour les personnes et l'environnement.

Il s'agit deconnaître la réglementation européenne concernant  les produits chimiques, savoir utiliser les bases de données institutionnelles pour accéder aux données nécessaires, d'acquérir les bases sur les méthodes d’analyse de risques et savoir proposer une hiérarchisation des risques, de connaître la législation et les sites institutionnels concernant les Installations classées pour l’environnement (ICPE) et les risques industriels, de savoir lire un diagramme PID (Pipe and Instrumentation Diagram).

Les compétences développée au cours de l'UE sont la préparation d'un diaporama et la soutenance d' une présentation orale, le développement de l'esprit de groupe pour un travail sous forme de projet.

L'UE consiste en des cours magistraux et des séances de TD.

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Cette UE vise à découvrir le génie chimique et le génie des procédés, c'est-à-dire l'art de la conception, de la construction, de l'installation et du fonctionnement des unités dans lesquelles la matière subit des transformations. Trois grands domaines industriels seront étudiés : énergétique et thermique, environnement, formulation.

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Cet enseignement est dédié à la présentation de la physico-chimie de la solution aqueuse.

Il comprend trois volets : la réaction acide base, la notion de solubilité, les réactions d'échanges d'électron avec une ouverture vers les accumulateurs électrochimiques.

L'influence mutuelle de ces trois grandes classes de propriétés est également étudiée.

La description de la solution à l'équilibre sera réalisée à partir d'approches systématiques ou de type "réaction prépondérante". 

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Ce cours est destiné à introduire les concepts de base de la science des matériaux, à savoir : la synthèse/élaboration et la relation structure/propriétés des grandes classes de matériaux inorganiques (amorphes/cristallins ; verres, céramiques, métaux et alliages). Il est divisé en trois parties qui aborderont la structure des matériaux, les techniques expérimentales liées à leur étude, ainsi que leur classification.

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Cette UE est divisée en 3 chapitres. Dans un premier temps, elle aborde la cristallochimie et notamment les structures métalliques, covalentes, ioniques et diffraction des rayons X. Dans un second temps, elle traite des diagrammes de phases binaires solide-liquide. Dans un dernier temps, elle aborde la synthèse des polymères ainsi que leur caractérisation en solution et leurs propriétés à l’état solide.

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Cette UE traite de la réactivité des composés aromatiques et aborde plus particulièrement les mécanismes de fonctionnalisation du noyau benzénique, la réactivité des composés aromatiques substitués (règles de Holleman) ainsi que d’autres mécanismes impliquant les systèmes aromatiques.

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• Notion de champs électrique et magnétique

• Électrostatique et magnétostatique dans le vide

• Dipôle électrostatique et lien en chimie avec le moment dipolaire

• Dipôle magnétique

• Induction électromagnétique

• Énergie électrostatique et magnétique

• Équations de Maxwell

• Notions d'ondes électromagnétiques

• Propagation dans le vide

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Cette UE concerne le génie chimique et le génie des procédés, c'est-à-dire l'art de la conception, de la construction, de l'installation et du fonctionnement des unités dans lesquelles la matière subit des transformations. L’étude du déplacement des fluides et du transfert de chaleur sera plus particulièrement abordée.

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Il s’agit de décrire les concepts nécessaires pour comprendre la formation de la liaison chimique entre les atomes. Les outils pour construire les orbitales moléculaires de manière quantitative (calcul des énergies et de la fonction d’onde) seront décrits et appliqués à l’étude de molécules simples avec notamment l’introduction de la méthode dite « de fragmentation » de manière à poser les bases pour l’étude de systèmes plus complexes en troisième année.

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Cet enseignement a pour but de compléter l'approche de la chimie organique choisie en L2, mixant mécanismes et types de groupes fonctionnels. L'objectif est ici d'approfondir les concepts évoqués en L2 et d'étendre les connaissances à la réactivité des composés carbonylés et des dérivés carboxyliques. Les mécanismes d'addition nucléophile (AN) et d'addition suivie d'élimination (AN/E) seront en particulier étudiés, ainsi que les transformations rédox des composés carbonylés et carboxyliques. La synthèse de molécules simples sera abordée sous un angle stratégique, et il sera fait référence aux connaissances associées en spectroscopie (CHI503).

Programme détaillé :  

• Stéréochimie statique approfondie : rappels, centres stéréogènes autres que le carbone, chiralité axiale, notions de prochiralité ; analyse conformationnelle (formalisme d’Eliel), en particulier dans les systèmes cycliques

• Compléments de chimie organique 

* Notions de pKa, théorie HSAB

* Profils énergétiques réactionnels, sélectivité

* Substitutions radicalaires : système allylique, stabilité des radicaux

* SN/E : régio- et stéréosélectivité, stéréospécificité ; cas des mécanismes SN’, SNi, de l’assistance anchimérique, réactivité des systèmes cycliques.            

                                                                                                                          
• Dérivés carbonylés (aldéhydes et cétones) :
* Préparation des dérivés carbonylés ;
* Réactivité des dérivés carbonylés dont :
- Additions nucléophiles en 1,2 (types, géométrie et stéréochimie). Cas de l’addition conjuguée (1,4) sur les dérivés alpha,beta-insaturés ;
- Additions de réactifs organométalliques simples et d’ylures (réaction de Wittig et apparentées) ;
- Réductions et oxydations des dérivés carbonylés ;
- Formation d’énols et d’énolates (aldolisations et réactions apparentées seront traitées au S6) ;
- Applications (sucres).

• Acides carboxyliques et leurs dérivés :
* Préparation des acides carboxyliques et de leurs dérivés ;
* Réactivité des acides carboxyliques et de leurs dérivés :
- Mécanisme d’addition élimination ;
- Nucléophilie de l'oxygène (carboxylates) ;
- Réductions ;
- Applications (acides aminés, couplage peptidique).

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Introduction sur les métaux, les ligands, définition de la complexation, aspects structuraux.

Approches du champ cristallin et du champ des ligands.

Interprétation des transitions électroniques. Diagrammes d’Orgel et de Tanabé-Sugano.

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Cours Magistraux :

 Introduction, Spectroscopie d’absorbance

• Rappels sur les mesures physiques et les paramètres qui les caractérisent (précision, exactitude, sensibilité, ...)
• Rappel des bases de la nature des radiations électromagnétiques, de la matière et des interactions entre radiations électromagnétiques et matière
• Spectroscopie d'absorbance UV/Vis - principes fondamentaux, caractéristiques des spectres, composition du spectrophotomètre, caractéristiques spectrales des macromolécules
• Spectroscopie de dichroïsme circulaire

 RMN en phase liquide

• Rappel des bases de la RMN (description simplifiée) : noyaux observables en RMN, origine du signal (exemple spin ½), aimantation macroscopique (origine, manipulation, notions de relaxation).
• Les paramètres mesurés en RMN : le déplacement chimique, le couplage scalaire (noyaux spin ½), l’intensité du signal (intégration, quantification), la largeur du signal (relaxation, échange…).
• Influence de l’abondance du noyau sur la visibilité des couplages scalaires dans un spectre (exemples couplages homonucléaires et hétéronucléaires).
• Influence de l’échange sur les observables du spectre.
• Effet NOE (relaxation croisée).
• RMN ¹³ Découplage ¹H. Comment enregistrer un spectre ¹³C quantitatif. Expériences DEPT. Exemples d’autres noyaux.
• Découverte de la RMN multidimensionnelle. Exemples des spectres RMN 2D (COSY, HSQC, HMBC, NOESY).

Spectrométrie de Masse

Principes généraux de la spectrométrie de masse, composition du spectromètre et les divers types d'instrument, caractéristiques des spectres et utilisation pour l'analyse des petites molécules organiques

Travaux Dirigés:

Les séances de Travaux Dirigés porteront sur la révision et l’approfondissement de la compréhension des notions présentées en cours.

•  Révisions et Spectroscopie d’absorbance. Révision des bases de la spectroscopie d'absorbance, utilisation pour des calculs de concentration

•  RMN ¹H et ¹³C. Révision des bases de la RMN, analyse des spectres, identification des composés, quantification (exercices d’application, analyse de résultats expérimentaux)

• Spectrométrie de Masse. Analyse de spectres de masse de petites molécules organiques

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Introduction à la mécanique quantique, étude de l'atome à un électron et et des orbitales atomiques.

Etude de la liaison chimique et des orbitales moléculaires. Méthode de Hückel et systèmes PI-conjugués.

Structure électronique des molécules complexes : notions de symétrie moléculaire, méthode des fragments, diagrammes de corrélation.

Introduction à la réactivité entre molécules : orbitales frontières, notions de nucléophile/électrophile, régiosélectivité. 

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Compréhension des grandeurs molaires partielles.
Modèle de solutions de Bragg et Williams.
Établissement des diagrammes de phase (liquide-gaz et solide liquide) dans le cas d'un mélange binaire et réactions invariantes associées.

Chapitre I : Bases de la Thermodynamique (Rappels)
Chapitre II : Grandeurs thermodynamiques de mélange
Chapitre III : Affinité chimique et loi d’action de masse
Chapitre IV : Transformations de phase dans les systèmes unaires
Chapitre V : Modèles de solutions
Chapitre VI : Equilibre de phase dans un système binaire
Chapitre VII : Equilibre de phases liquide-vapeur
Chapitre VIII : Diagrammes d’équilibre de phase liquide-solide

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Ce cours aborde les premiers pas vers l'électrochimie et ses applications. La première partie du cours qui est consacré à des définitions, le second chapitre aborde la thermodynamique électrochimique, la loi de Debye et Hückel, le calcul du potentiel thermodynamique (Loi de Nernst), l’application à la potentiométrie avec les électrodes à membrane sélective. La troisième partie concerne les systèmes hors équilibre : pile et électrolyseur. La quatrième partie concerne les différents modes de transport de matière (diffusion, convection et migration), et la conductivité des solutions électrolytiques. La cinquième partie aborde la cinétique électrochimique par le tracé des courbes de polarisation en régime de transfert électronique puis en régime de diffusion stationnaire et leurs applications en électroanalyse et en corrosion des métaux.

Cours Magistraux : 

Chapitre I : Notions de base de l’électrochimie-définitions

Chapitre II : Aspect thermodynamique

Chapitre III : Chaine électrochimique

Chapitre IV : Mouvements des ions

Chapitre V : Cinétique électrochimique et applications

Travaux Dirigés :

Les 7 séances de TD sont consacrées à des exercices d’application illustrant les différentes parties du cours (application de la loi de Nernst, Electrodes sélectives ioniques, Piles et électrolyseurs, conductivité des électrode et bilan de Hittorf, cinétique électrochimique) et à l’exploitation de résultats expérimentaux.

Le travail est réalisé en îlots de 4 à 5 étudiants.

Travaux Pratiques :

Les 7 séances de travaux pratiques concernent des manipulations qui illustrent les cours d’électrochimie (potentiométrie, tracé des courbes de polarisation et cinétique électrochimique), de cinétique (cinétique chimique dont cinétique d’une réaction photochrome) et de thermodynamique chimique (dont détermination des volumes molaires partiels).

Pour chaque manipulation, un travail préparatoire est demandé aux étudiants leur permettant d’appréhender les expériences à réaliser. Un compte-rendu est rédigé en fin de séance. Un examen théorique de travaux pratiques de 1 heure est organisé en fin de cycle de TP. L’évaluation des travaux pratiques est basée sur la moyenne des notes de compte-rendu et d’examen.

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Théorie des réactions élémentaires (théorie du complexe activé).

Cinétique formelle (réaction réversibles, parralèles, successives).

Réactions en chaîne.

Réactions en solution (effets de solvant sur la cinétique).

Premiers éléments de catalyse homogène.

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• Aldolisations et réactions apparentées :
Préparation des énolates (choix de la base, influence du contre cation), préparation des énamines et éthers d’énols silylés. Réactivité des énols, énolates, énamines et éthers d’énols silylés : réactions d’alkylation et d’halogénation, réactions d’aldolisation et condensations aldoliques, composés à méthylène actif, réactions de Mannich et de Henry. Réactions d’acylation : condensation de Claisen, cyclisation de Dieckmann. Réactions d’addition conjuguée aux dérivés α,β-insaturés : réaction de Michael, annélation de Robinson.

• Chimie des composés aromatiques :
concept d’aromaticité (notions orbitalaires, règle de Hückel), substitutions électrophiles aromatiques (SEAr) et substitutions nucléophiles aromatiques (SNAr), oxydations et réductions de composés aromatiques.

• Cycloadditions 4+2, 2+2 et 1,3-dipolaires (notions orbitalaires).

• Revue des méthodes d’oxydation et de réduction.

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Classification périodique, échelles d'électronégativité.

Evolution des propriétés.

Métaux s et p, halogènes, azote, soufre : propriétés chimiques et physiques.

Physico-chimie en solution aqueuse utilisant la représentation graphique des équilibres redox, acido-basiques, de complexation, de solubilité couplés ou non (en particulier diagrammes de Frost, de Pourbaix).

Rappels de thermochimie.

Travaux pratiques de chimie minérale et de chimie de coordination :
Analyse quantitative : dosages acido-basique, redox, gravimétrie. Analyse d'ions. Synthèse de complexes de coordination. Spectrophotométrie UV-visible des complexes. Diagramme e-pH.

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Cours Magistraux

Chapitre 1. Filière de l’azote

INTRODUCTION - GENERALITES
• Définition et spécificités de la chimie industrielle
• Panorama de la chimie industrielle : entreprises leaders, orientations stratégiques, défis actuels
• Processus d’industrialisation : phases successives, schémas

FILIERE DE L’AZOTE
• Production de l’ammoniac
• Production du gaz de synthèse
• Etude thermodynamique de la réaction de formation de l’ammoniac à partir des corps simples
• Ligne de synthèse de l’ammoniac
• Catalyse hétérogène en chimie industrielle – généralités
• Propriétés de l’ammoniac et secteurs d’application
• Production de l’acide nitrique
• Ligne de synthèse de l’acide nitrique
• Production d’acide nitrique concentré
• Propriétés de l’acide nitrique et secteurs d’application
• Production de l’urée
• Procédé Stamicarbon
• Propriétés de l’urée et secteurs d’application
• Présentation de quelques entreprises du secteur

Chapitre 2. Elaboration de corps simples à partir de minerais ; diagrammes d’Ellingham

INTRODUCTION : DU MINERAI AU CORPS SIMPLE
• Ressources minérales non-énergétiques
• Du minerai au corps simple – généralités

DIAGRAMMES D’ELLINGHAM : DEFINITION ET OBJECTIFS
• Conventions de construction
• Grandeurs thermodynamiques utiles
• Allure générale
• Signe des pentes

EXPLOITATION D’UN DIAGRAMME
• Etude d’un couple
• Construction du diagramme
• Comparaison des stabilités des oxydes sous pression de dioxygène fixée
• Comparaison des pressions de corrosion des métaux à T fixée
• Comparaison de deux couples
• Construction du diagramme
• Application – critères de choix d’un réducteur

EXEMPLES DE REDUCTEURS : C ET CO

EXEMPLE D’ELABORATION D’UN CORPS SIMPLE : SILICIUM
• Matières premières
• Exploitation du diagramme d’Ellingham
• Stades de purification du silicium
• Filière Silicium

Chapitre 3. Pétrole et pétrolochimie

INTRODUCTION : Carbone et hydrocarbures ; sources d’énergie et de matières premières
• Ressources d’énergies et de matières premières
• Défis du XXIème siècle ; orientations possibles

RAFFINAGE DU PETROLE : Accès à des « bases pétrolières » (mélanges d’hydrocarbures) et produits
commercialisables (en particulier des carburants et des combustibles)
• Définition et objectifs du raffinage
• Classification des produits ; notion de filiation
• Cas des carburants
• Grands intermédiaires de première génération
• Opérations du raffinage
• Conditions de craquage : thermique, catalytique, hydrocraquage
• Mécanismes impliqués
• Opérations de reformage
• Reformage catalytique
• Structure, propriétés et applications des zéolithes

VAPOCRAQUAGE DU NAPHTA : Accès à des intermédiaires de première génération (corps purs) qui sont les matières premières de la « pétrolochimie »
• Traitement des coupes
• Débouchés

FILIATIONS : Accès à des intermédiaires de deuxième génération ; quelques exemples : cyclohexane,
-caprolactame, dichlorométhane, styrène, chlorure de vinyle, acide acétique
• Matières premières
• Schémas de procédés
• Secteurs d’application

Chapitre 4. Chimie organique fine (exemples)

PROCEDES CATALYSES ET SYNTHESE DE COMPOSES CHIRAUX NON RACEMIQUES–GENERALITES RESSOURCES NATURELLES DE COMPOSES CHIRAUX ENONTIOPURS EXEMPLES DE SYNTHESES BASEES SUR UNE ETAPE D’HYDROGENATION DE C=C

• Rappel : catalyseur de Wilkinson ; versions asymétriques de la réaction
• Stratégie d’accès à la L-DOPA
• Stratégie d’accès au Metolachlor

EXEMPLES DE SYNTHESES BASEES SUR UNE ETAPE DE METATHESE D’ALCENES
• Mécanisme de Chauvin
• Version asymétrique de la réaction de métathèse croisée
• Version asymétrique de la réaction de métathèse avec cyclisation
• Applications de la polymérisation par métathèse

Travaux Dirigés :

Nature : Exercices d'applications
Modalité : Travail préparatoire en autonomie sur les énoncés d’exercices distribués à l’avance, restitution orale en groupe en séance de TD, correction interactive en séance de TD

Travaux Pratiques :

Nature : Après attribution par les enseignants, chaque binôme ou trinôme d’étudiants traite un sujet parmi les trois suivants :
• Caractérisation de milieux poreux - Fluidisation d’un lit de particules ;
• Distribution des temps de séjour dans des réacteurs continus ;
• Cinétique de réaction en réacteur parfaitement agité fermé - Transposition à un cas industriel

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Cristallographie géométrique, systèmes cristallins, réseaux direct et réciproque.

Notions de symétrie.

Cristallochimie, empilements compacts et grands types structuraux.

Relations propriétés structures.

Rayonnement X.

Diffraction des rayons X sur poudres.

Méthodes expérimentales de diffraction.

Conditions d'existence, conditions d'extinction des réflexions hkl.

Applications de la diffraction des rayons X sur poudre à la caractérisation des solides.

Analyse de phases à l’aide de diffractogrammes (phases pures ou mélanges).

Isotypie, solutions solides, polymorphisme.

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Cours Magistraux :

Le cours introduit les concepts fondamentaux nécessaires au calcul des performances et au dimensionnement des réacteurs chimiques homogènes isothermes.

I. Introduction : le réacteur dans l’unité de production

Généralités, Caractéristiques d’un réacteur chimique, Classification des réacteurs

II. Notions Fondamentales

Grandeurs descriptives d’une phase en évolution – Avancement vs Taux de conversion –
Coefficient d’expansion physique et chimique – Rappel de cinétique

III. Réacteurs Ideaux isotherme

Formalisme d’un bilan matière - réacteur fermé - réacteur semi-fermé - réacteur parfaitement agité continu en mode permanent et transitoire - réacteur piston.
Exercice fil rouge de Saponification pour RF, RPAC et RP

IV. Optimisation de la conversion

Comparaison réacteur fermé, réacteur parfaitement agité, réacteur piston – Introduction au nombre de Damkholer – Association de réacteurs en parallèle et en série (résolution
analytique, graphique et optimisation) - Association RPAC et RP - Réacteur RP à recyclage

V. Distribution des temps de séjour - Analyses de réacteurs réels

Définition de la DTS et des moments - Mise en place expérimentale - Application aux réacteurs idéaux - Exploitation d’une expérience de DTS

Travaux Dirigés :

Nature : Exercices d'application concernant :

TD1 : Généralités et Bilan matière pour un RF
TD2 : Les réacteurs idéaux continus (RPAC et RP)
TD3 : Couplage des réacteurs RPAC et RP

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Cours Magistraux :

Partie chimie théorique :

• Introduction / rappels liaisons chimiques
• Interactions entre deux systèmes. Termes d'échange et de Coulomb. Approximation des Orbitales Frontières. Dureté et mollesse des réactifs
• Effets électroniques de substituants. Effets des substituants sur le système π de l'éthylène.
• Etude de la réactivité chimique. Description d'une réaction chimique. Description du profil énergétique par l'approximation des OF. Contrôle thermodynamique, contrôle cinétique. Réactions de cycloaddition. Réactions ioniques.

Partie Spectroscopies:

• Théorie des groupes pour la spectroscopie. Groupe de symétrie d’une molécule. Représentation d’un groupe. Formule de réduction.
• Introduction à la spectroscopie. Domaine électromagnétique. Niveaux d’énergie moléculaires. Interactions d’une molécule et d’une onde. Etude théorique. Etude expérimentale.
• Spectroscopie Vibrationnelle. Modèle de vibration d’une molécule diatomique. Anharmonicité. Spectre de vibration-rotation. Molécules polyatomiques
• Spectroscopie Electronique. Spectroscopie atomique. Transitions électroniques moléculaires.

Travaux Dirigés :

Exercice d'application et analyse de résultats expérimentaux

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Les bio(capteurs), thème par définition interdisciplinaire, font appel à différents types de transducteurs physiques (optiques, électrochimiques, gravimétriques, thermiques, …) couplés à des réactions sélectives (bio)chimiques. Ce module se positionne donc à l’interface entre la Biologie, la Physique et la Chimie. L’évolution du concept de biocapteur sera décrite passant par la microélectrode, l’immunocapteur, l’aptacapteur et la biopuce.

Descriptifs de l’UE :

Chapitre 1 : Molécules biologiques pour les biocapteurs (cours 4h)

- Les grandes classes de molécules biologiques

- Les techniques classiques de biologie moléculaire

Chapitre 2 : Chimie et fonctionnalisation de surface pour biopuces et biocapteurs (cours 2h)

- Les sondes biologiques

- Les surfaces

- Les méthodes d’immobilisation

- Réalisation de biopuces (micro-arrays)

Chapitre 3 : Principes et techniques de transduction dans les biocapteurs  (cours  4,5 h)

- Introduction (Les grands domaines d’applications, Les compétences requises)

- Principes des biocapteurs (Les capteurs, Les cibles et biorécepteurs)

- Les transductions optiques (Spectroscopie UV visible infrarouge, Fluorescence, Indice “plasmon…”, méthodes couplées)

- Les transductions mécaniques (Énergie de surface, Masse inertielle, Mise en oeuvre)

- Les transduction électrochimiques (Potentiométriques : électrodes sélectives et transistors à effet de champs, Conductimétriques, Ampérométriques : stationnaire et dépendant du temps)

-Exemples de biocapteurs existants.

Chapitre 4 : Capteurs à transduction inorganique pour des diagnostics médicaux (cours 1,5 h, TD 6 h)

- Mesures des espèces physiologiques minérales

- Capteurs potentiométriques à ions (ISE) : fabrication, principe, caractéristiques, écart à l’idéalité, limite de détection en milieu interférent, dosage. Choix de l’appareil de mesure / dérive de la mesure

Chapitre 5 : Les biocapteurs enzymatiques et d’affinité à transduction électrochimique : principe et applications (cours 1,5 h, TD 6 h)

- Biocapteurs enzymatiques ampérométriques (Modèles ampérométriques : simplifié et à couche d’apport limitante, Problème des interférents)

- Biocapteur ampérométrique d’affinité (Modèles basés sur l’isotherme d’adsorption, Biocapteur immunologique, Biocapteur à ADN, Aptacapteurs, Détection de cellules)

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Ce cours vise à présenter les différents domaines dans lesquels les composés métalliques jouent un rôle important. Nous verrons comment les caractéristiques des ions métalliques (position dans la classification périodique, configuration électronique, degré d’oxydation, etc…) conditionnent leur propriétés, dans les domaines suivants : chimie bioinorganique, médecine et vivant, matériaux fonctionnels.

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Cours magistraux :

- Introduction – Historique des nanosciences

- Classification des nanomatériaux et quelques exemples stars de nanomatériaux 

- Élaboration : l’approche top down et l’approche bottom-up

-Synthèse de matériaux par méthodes physiques (mécanosynthèse, Ablation laser, aérosol…

- Synthèse de matériaux par méthodes chimiques : la chimie sol-gel, la synthèse micellaire, la nucléation-croissance de particules…

- dépôts de couches minces en phase vapeur : méthodes de formation de couches fines. Méthode de caractérisations des couches – propriétés…

Travaux dirigés

• Mise en évidence de l’importance de la surface dans les nanomatériaux : calcul de surface/volume, calcul du nombre de particules/mL dans une suspension colloïdale, du nombre de ligands de surface présent en fonction d’une surface (2D) ou du diamètre d’une sphère (particules)…
• Relation condition de synthèse – taille – propriété.

Travaux pratiques

2 séances de 4h sont consacrées à l’élaboration et la caractérisation de nano-objets.

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Cette UE s’intègre dans le dispositif national « Partenaires scientifiques pour la classe » dont l’objectif est d’épauler un enseignant d’école primaire (Professeur des Écoles, PE) dans la mise en place d’un enseignement des sciences fondé sur la démarche d’investigation. Pour cela, les étudiants (seuls ou en binômes, au choix) accompagnent un PE dans la conception de 5 à 7 séances de sciences puis participent à l’animation de celles-ci , en classe avec le PE.

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