PARCOURS - Physique des Matériaux, Mécanique et Modélisation numérique (P3M)

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PARCOURS - Physique des Matériaux, Mécanique et Modélisation numérique (P3M)

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Résumé

Le parcours Physique des Matériaux, Mécanique et Modélisation numérique (P3M), est une formation théorique très avancée sur le plan de l'enseignement expérimental. En savoir plus

Objectifs

Formation initiale /
Master
2 ans
EUR Sciences Fondamentales et Ingénierie
Français

Détails

Présentation

Le parcours Physique des Matériaux, Mécanique et Modélisation numérique (P3M), est une formation théorique très avancée sur le plan de l'enseignement expérimental. Tout au long de ce parcours, les étudiantes et les étudiants développent des connaissances et des compétences fondamentales dans les domaines que sont :  la physique, la mécanique, l'hydrodynamique, la matière molle, les interfaces. Les professionnels en devenir ont la garantie d'une formation complète, variée et innovante.

Objectifs

Le parcours Physique des Matériaux, Mécanique et Modélisation numérique a pour objectif d'accompagner théoriquement et techniquement les futurs spécialistes à se former à :

  • la conception, la caractérisation des matériaux, l’étude de leur comportement en service 

  • l’analyse des procédés de transformation des métaux et des polymères 

  • l’utilisation des logiciels employés dans les centres de Recherche et Développement


Compétences

Les compétences développées au cours du parcours P3M sont les suivantes : 

  • Acquérir et appliquer les connaissances de base en physique et physico-chimie, en techniques expérimentales et numériques nécessaires à la conception, l’utilisation et l’amélioration des matériaux

  • Construire un raisonnement scientifique en utilisant les savoir-faire et les connaissances acquises sur les matériaux

  • Communiquer de façon claire à l’écrit et à l’oral en français et en anglais dans un cadre scientifique

  • Collaborer à un programme de travail au sein d’une équipe de chercheurs ou d’ingénieurs

  • Proposer des solutions pour améliorer les matériaux existants, les analyser ou innover dans un contexte industriel

  • Construire son projet personnel et professionnel

  • Connaître les aspects fondamentaux de la recherche scientifique en laboratoire

Alain CIFFREO  - Maître de conférences UCA

Partenariats

Les enseignements dispensés au sein de ce parcours s’appuient sur les compétences en recherche des laboratoires d'Université Côte d’Azur, en particulier de l’Institut de Physique de Nice, et du CEMEF de MINES ParisTech. Ces laboratoires conjuguent leur expertise pour produire un enseignement permettant d’appréhender des problématiques aussi bien fondamentales qu’industrielles, problématiques qui sont d’ailleurs bien souvent liées.

Admission

Pré-requis

1er cycle (bac+3)

Modalités de candidature

Accès aux étudiantes et aux étudiants en 1ère année 

  • Ayant reçu une formation en mathématiques, physique et informatique

  • Sur dossier pour les titulaires d’une licence Sciences et Technologie mention « Physique » ou « Mathématiques » ou d’un diplôme de niveau équivalent

Accès aux étudiantes et aux étudiants en 2ème année

  • Accès de droit pour les titulaires du M1 SGM - P3M

  • Sélection sur dossier pour les titulaires d’une maîtrise de Physique, Mathématiques appliquées ou Mécanique ou d’une première année de Master comportant des enseignements dans au moins deux des domaines suivants : physique, mécanique et modélisation numérique

Modalités de candidature spécifiques

Dépôt du dossier de candidature :

Il est nécessaire de déposer un dossier de candidature via le site eCandidat de l’Université Côte d'Azur pour :

  • Un Candidat européen ou un candidat extra-européen domicilié en France (disposant d’un visa) 

  • Un Candidat extra-européen non domicilié en France ne dépendant pas de la procédure Etudes en France

Pour les candidats extra-européen dépendant de la procédure Etudes en France (liste des pays concernés sur le site Etudes en France) , il est impératif de suivre la procédure décrite sur le site.

Programme

Semestre 1
Unité 1

Introduction aux matériaux : 4 conférences 
Présentation, problématiques, enjeux scientifiques et économiques.
Intervenants : JF. Agassant - E. Felder - J.M Haudin - F. Pigeonneau / Durée : 7h

Physique des matériaux métalliques
Généralités sur les matériaux
Structure des solides
Réseaux cristallins
Diffraction X et électronique, amorphes, cohésion de la matière, défauts dans les cristaux (0D, 2D, 3D et cas 1D : dislocations)
Implication des défauts dans les mécanismes de plasticité
Structure cristalline des métaux et alliages,thermodynamique et cinétique des changements de phase
Diagrammes de phase
Transformations avec et sans diffusion
Intervenants : J.M Chauveau - G. Guillemot / Durée : 45h

Physique des polymères 
Structure moléculaire et conformationnelle des polymères
État amorphe polymère, transition vitreuse
Polymère semi-cristallin - morphologie
Propriétés optiques
Thermodynamique et cinétiques de la cristallisation des polymères
Intervenant : J.M. Haudin / Durée : 27h

Unité 2

Thermodynamique et physique statistique
Rappels de Physique Statistique, ensembles statistiques.
Simulations par dynamique moléculaire et méthode de Monte-Carlo
Transitions de phase
Thermodynamique des mélanges
Phénomènes de transport (thermique, masse, vitesse)
Intervenants : C. Raufaste - F. Celestini / Durée : 60h

Unité 3

Mécanique des milieux continus
Cinématique et déformations dans les milieux continus , description des efforts dans un milieu continu, équation d’équilibre
Le comportement élastique : loi de Hooke et application aux problèmes classiques
Les treillis de poutres droites
Les fluides parfaits et le comportement visqueux
Intervenant : F. Pigeonneau / Durée : 51h

Unité 4

Hydrodynamique
Dynamique des fluides visqueux, équation de Navier-Stokes, nombre de Reynolds, Couche limite laminaire, Écoulements rampants
Lubrification, milieux poreux, sédimentation
Introduction à la rhéologie
Intervenants : A. Ciffréo - L. Lobry- F. Peters / Durée : 51h

PPR 1

Anglais
Intervenants : D. Bridle-Surprenant - H. Collins / Durée : 56h
Projet en groupe
Durée : 40h

Semestre 2
Unité 5

Modélisation numérique
Résolution des équations différentielles ordinaires : les méthodes de Runge-Kutta
Les éléments finis pour les treillis de poutres droites
Différences finies et éléments finis pour l'équation de la thermique
Intervenant : F. Rapetti / Durée : 60h

Unité 6

Physique des interfaces et du contact
Frottement statique et dynamique, loi de Coulomb, stick-slip
Contact entre solides : loi de Hertz, limite plastique, contact adhésif
Modèle de Bowden et Tabor
Modèle de Greenwood
Écarts à la loi de Coulomb
Énergie d'une interface fluide/fluide et solide/fluide : aspect microscopique et macroscopique (énergie interfaciale, force de ligne, discontinuité des contraintes, énergie/surface minimale, mouillage)
Potentiel extérieur (gravité, déformation élastique...)
Instabilités interfaciales
Intervenants : F. Peters - L. Lobry / Durée : 39h

Unité 7

Physico-chimie des fluides complexes
Mélange de polymères
Cristaux liquides
Dispersions
Suspensions colloïdales
Électrochimie
Milieux granulaires
Intervenant : F. Guittard / Durée : 40h

Unité 8

Compléments d’analyse numérique et calcul intensif
Apprentissage algorithmique des méthodes numériques
Discrétisation et résolution des équations aux dérivées partielles
Méthodes d'identification avec minimisation de fonction coût
Applications multi-physiques et industrielles
Intervenants : E. Hachem - M. Milesi - Y. Mesri / Durée : 40h

Unité 9

Compléments de mécanique
Loi de comportement de fluides visqueux, approximations de la lubrification hydrodynamique
Application aux procédés de mise en forme des polymères (extrusion, fibres et films, injection)
Simulation numérique des écoulements
La plasticité : application à la mise en forme et à la tenue des matériaux
Initiation aux transferts thermiques : équation de la chaleur, problèmes de chauffage et de refroidissement, couplage écoulement - thermique
Intervenants : M.Bellet - J.F.Agassant - M. Vincent - D. P. Munoz / Durée : 40h

PPR2

Méthodes avancées de caractérisation des matériaux
Présentation des différentes méthodes d’analyse des matériaux, propagation de la lumière : milieux dispersifs et absorbants
Travaux pratiques :
Diffusion de la lumière par une particule
Microscopie optique
Diffusion de rayonnement (lumière, rayons X, neutrons)
Spectroscopies infrarouge
Microscopie électronique
Spectrométrie mécanique (rhéométrie, nanorhéologie)
Analyse thermique différentielle 
Intervenants : S. Pagnotta - O. Volkova - G. Monge - L. Lobry - A. Mija - F. Blanc - X. Noblin / Durée : 61h

Communication scientifique
Intervenants : F. Blanc - F. Rainaut / Durée : 25h

Projet de recherche en Laboratoire
Durée : 44 jours entre avril et juin

Semestre 3

Tronc commun

Unité 1 - Continuum mechanics and heat transfer

Tenseur des contraintes, des déformations et vitesses de déformation, équations d’équilibre, de continuité.
Lois de comportement newtonienne, pseudo/viscoplastique, élasto-viscoplasticité (écrouissage, critère de plasticité anisotrope).
Équation de la chaleur. Échange par conduction, convection, rayonnement
Intervenants : M. Vincent - M. Bellet / Durée : 30h

Unité 2 - Hydrodynamique physique

Écoulements aux faibles nombres de Reynolds
Nombre de Reynolds
Équation de Stokes
Écoulement autour d'une sphère en translation uniforme
Limite de l'approximation de Stokes
Correction d'Oseen
Viscosité d'une suspension diluée
Écoulement autour d'une sphère dans un cisaillement simple
Calcul de la viscosité d'une suspension diluée
Sédimentation
Particule isolée
Cas de deux particules
Influence du potentiel d'interaction entre particules, du mouvement Brownien, des parois du récipient.
Suspension diluée, calcul approximatif de la vitesse de sédimentation
Suspension concentrée
Théorie de Kinch
Instabilités hydrodynamiques (Kelvin-Helmoltz, Saffman-Taylor, Taylor-Couette …)
Milieu Poreux
Loi de Darcy
La structure des poreux, notions de la porosité, tortuosité, aire spécifique, rayon équivalent des pores
Régime non-linéaire de la filtration
Théorie semi-empirique de la filtration
Imbibition et drainage
Applications à l’extraction assistée du pétrole
Intervenants : F. Peters - P. Kuzhir / Durée : 30h

Simulation numérique
Outils de post et pré-traitements : Gmsh (3h), Visit(3h)
Mise en œuvre des EF en 2D et 3D (P1 triangles et P1 tétraèdres )
Formation au logiciel Cadmold. Simulation numérique de l'injection des polymères : couplage des équations mécaniques et thermiques pour l'écoulement d'un fluide visqueux rhéofluidifiant
Intervenants : B. N’konga - M. Vincent / Durée : 18h

Turbulence
Objectifs:
Introduction aux écoulements turbulents : notions physiques de bases.
Modélisation numérique de la turbulence : approches RANS, LES, DNS.
Contenu :
Écoulement turbulent : rupture spontanée de symétrie, nombre de Reynolds, exemples
Description statistique Turbulence Homogène Isotrope
La turbulence est multi-échelles
Système de Lorenz
Notions de chaos imprédictiblité
Cascade Énergétique
Spectre énergétique
Énergie Cinétique Turbulente
Dissipation.
chelles de la Turbulence Ordres de grandeurs & arguments dimensionnels, exemples
Problème de la fermeture : modèles à 0, 1 ou 2 équations
Modèles RANS. Introduction à la problématique de la LES et de la DNS
Intervenant : Y. d'Angelo / Durée : 20h 

Unité 3 - Anglais 

Intervenant : N. Serrano / Durée : 50h

Unité 4 - Stage de recherche en laboratoire

Évaluation du travail à mi-parcours par rédaction d'un mémoire bibliographique
Rapport final et soutenance à la fin deuxième semestre
Durée :  20 semaines, de début février à fin juin


Option 1 - Physique et mécanique des matériaux

Unité 11 - Physique des fluides et des milieux composites

Théorie de la réponse linéaire : susceptibilité généralisée ; application à la spectroscopie
Propriétés électriques et mécaniques des milieux composites ; relations structure propriétés macroscopiques
Matériaux adaptatifs ; ferrofluides, fluides électro et magnétorhéologiques
Cinétique d’agrégation, fractals
Intervenants : G. Bossis - P. Kuhzir / Durée : 18h

Unité 11 - Physicochimie des dispersions

Phénomènes de stabilité et d'instabilité dans les systèmes dispersés (interactions électrostatiques, forces liées à la présence d'une couche d'adsorption, interactions de déplétion)
Modélisation de l'interface : charge de surface, nature, densité et ionisation des sites
Adsorption de polymères, de tensio-actifs ou d'espèces chargées
-pplications: matériaux nanoporeux, élastomères chargés, couches ultraminces pour l'optique, particules magnétiques,nanométriques pour l'enregistrement magnétique, cristaux photoniques
Intervenant : C.Cohen / Durée : 18h

Unité 12 - Rhéologie des fluides complexes

Les différents types d'écoulements en rhéométrie : plan-plan, cône-plan, cylindre, Poiseuille
Rhéologie des suspensions concentrées ; effet des fluidifiants
Rhéologie des polymères et des suspensions ; approche physique et thermodynamique des lois de comportement
Intervenants : G. Bossis - E. Disdier / Durée : 18h

Unité 12 - Comportement mécanique des polymères solides

Rappels sur les microstructures
Comportement mécanique: description générale et modélisation mécanique globale
Aspects physiques : viscoélasticité et transition vitreuse, hyperélasticité caoutchoutique, endommagement plastique, durcissement.
Couplage thermomécanique
Modèles constitutifs : viscoélasticité, plasticité et hyperélasticité
Rupture : approche élastique linéaire, approche élastoplastique et application aux polymères
Caractérisation expérimentale : essais pertinents et paramètres pertinents, couplage thermomécanique et adoucissement thermique
Relation avec la microstructure
Intervenants : N. Billon - C. Combeaud - J.L. Bouvard / Durée : 18h

Unité 12 - Relation comportement mécanique et structure dans les métaux 

Objets d’étude : matériaux de structure et architectures multi-matériaux (films minces, dépôts, etc...)
Évolutions Microstructurales lors de l’élaboration et de la mise en forme de pièces de structure et de couches minces
-Analyse de contraintes résiduelles induites par différents procédés et étude de l’anisotropie des comportements mécanique et physique associés
TP : essais mécaniques et méthodes diffractométriques de détermination des contraintes résiduelles
Analyses microstructurales : les différentes échelles d'observation et d'analyse, préparation des échantillons, microscopie, spectroscopie, optique, diffraction
TP : identification  des textures cristallographiques
Lien microstructure/mécanique/physique (micro-macro)
Intervenants : K. Inal - J.-M. Chauveau / Durée : 18h

Unité 13 - Abaqus (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

Formation sous forme de TP sur le logiciel Abaqus
Intervenant : R. Fares / Durée : 18h

Unité 14 - Surface et réactivité

Introduction: la réalité complexe de la surface des solides
Aspects structuraux- Surface du cristal- Réactivité des métaux et chimisorption
Cinétiques d’adsorption du 2D au 3D
Réactivité des solides par modélisation à l’échelle atomique
Surfaces de polymères
Thermodynamique des surfaces : Énergie et tension superficielles, Mesure de l’énergie superficielle, Lois de comportement de l’interface, Mouillage et démouillage
Adhésion et adhérence ( aspect physicochimique et mécanique)
Intervenants : E. Felder - M.G Médicis - C. Cohen - I. Lahouij / Durée : 18h

Unité 14 - Les mousses

Mousses polymères :
Moussage des polymères thermoplastiques : voie physique  ou chimique
Procédés de fabrication : injection, extrusion
Morphologie : distribution de taille des bulles, forme, taux de gaz
Modèle de croissance d'une bulle : application à l'injection.

Mousses liquides :
Introduction à la physique des mousses liquides :  propriétés structurelles, mécaniques et dynamique
Approche expérimentale de l'endommagement d'une mousse liquide : imagerie ultra-rapide
Approche expérimentale sur une soufflerie à mousse : analyse d'images
Intervenants : M. Vincent - F. Celestini - C. Raufaste / Durée : 18h


Option 2 - Mécanique numérique

Unité 21 - Les éléments finis mixtes (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

La formulation faible du problème de Stokes
Introduction aux problèmes mixtes
Généralité sur la minimisation avec contrainte
Les conditions LBB, le blocage et les instabilités de pression
Les paires classiques en vitesse-pression
Intervenant : B.N'konga / Durée : 24h

Unité 21 - Calcul Parallèle (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

Partie informatique : 
Introduction au calcul haute performance
Modèle de programmation (principalement MPI et OpenMP)
Évaluation de performance

Partie numérique : 
Rappels d'algèbre linéaire numérique
Méthodes de résolution directes et itératives
Méthodes de résolution adaptées au calcul haute performance

Intervenant : S. Lantéri / Durée : 18h

Unité 21 -  Électromagnétisme Numérique (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

Objectifs: Maîtriser quelques outils mathématiques et numériques pour la résolution des équations de Maxwell
Modélisation mathématique des phénomènes de propagation des ondes électromagnétiques 
Méthode de différences finies de Yee 
Méthode des éléments finis d'arête
Intervenant : V. Doléan / Durée : 30h

Unité 22 - Optimisation avancée (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

Généralités : Calcul des variations, Contrôle optimal, Optimisation de forme, Illustration de la technique de l'équation adjointe pour un système distribue, Optimisation concourante (multidisciplinaire)
Optimisation paramétrique : Méthodes de gradient évolutionnaires et hybrides, Optimisation aérodynamique (paramétrisation; applications)
Optimisation distribuée : Cadre mathématique pour les équations elliptiques, Différentiabilité de l'état, Calcul rapide de la dérivée du coût
Application en optimisation structurale : Présentation du modèle d'arc mince élastique linéaire, Organisation modulaire du calcul différentiel du critère, Aspects de mise en œuvre numérique, TP scilab Optimisation en épaisseur d'arc élastique,  Solveur E.F. de barre élastique à épaisseur variable, Calcul du gradient de compliance par état adjoint, Validation du gradient et optimisation
Intervenant : R. Duvigneau / Durée : 30h

Unité 22 - Méthodes numériques avancées pour le calcul des écoulements de matériaux

Comportement complexe des matériaux : elastoplasticité, visco-plasticité, viscoélasticité, incompressibilité et compressibilité, thermique et thermo-dépendance
Grandes déformations, surface libres, interfaces
Éléments finis mixtes à plus de deux champs, méthodes de Galerkin discontinues (convection et diffusion)
Calcul intensif et calcul parallèle
Génération de maillage, adaptation de maillage et estimation d'erreur a posteriori
Optimisation et problèmes inverses
Intervenants : E. Hachem - L. Fourment - Y. Mesri - M. Khalloufi / Durée : 30h

Unité 13 - Abaqus (mutualisé avec Polytech, dpt MAM)

Formation sous forme de TP sur le logiciel Abaqus
Intervenant : R. Fares / Durée : 18h


Option 3 - Systèmes interfaciaux : dispersions, revêtements et composites

Unité 11 - Physique des fluides et des milieux composites

Théorie de la réponse linéaire : susceptibilité généralisée, application à la spectroscopie
Propriétés électriques et mécaniques des milieux composites , relations structure propriétés macroscopiques
Matériaux adaptatifs : ferrofluides, fluides électro et magnétorhéologiques
Cinétique d’agrégation, fractals
Intervenants : G. Bossis - P. Kuhzir / Durée : 18h

Unité 11 - Physico-chimie des dispersions

Phénomènes de stabilité et d'instabilité dans les systèmes dispersés (interactions électrostatiques, forces liées à la présence d'une couche d'adsorption, interactions de déplétion)
Modélisation de l'interface : charge de surface, nature, densité et ionisation des sites
Adsorption de polymères, de tensio-actifs ou d'espèces chargées
Applications: matériaux nanoporeux, élastomères chargés, couches ultraminces pour l'optique, particules magnétiques,nanométriques pour l'enregistrement magnétique, cristaux photoniques
Intervenant : C.Cohen / Durée : 18h

Unité 31 - Colles et adhésifs

Comprendre le rôle des surfaces dans les phénomènes d’adhésion et d’adhérence
Maîtriser l’adhérence d’assemblages collés et de revêtements sur substrats
Introduire les techniques d’analyse et de quantification de l’adhésion et de l’adhérence
Intervenant : Seatech / Durée : 19h

Unité 31 - Vieillissement des matériaux organiques en milieu marin

Vieillissement des matériaux organiques en milieu marin.

Effets des UV, de la température, de l’environnement humide et salin

Intervenant : Seatech / Durée : 21h

Unité 31 - Formulation et formation de revêtements

Protections par utilisation de revêtements anti-corrosion et antifouling
Performance et sélection de matériaux en milieu marin
Intervenant : Seatech / Durée : 19h

Unité 32 - Protections et corrosion en milieux marin et agressifs

Généralités : enjeux et stratégies, mécanismes, morphologies, influence de l’environnement
Aspects thermodynamiques et cinétiques de la corrosion
Méthodes de mesures de la corrosion
Protections anticorrosion (revêtements, protections cathodiques, dispositions constructives, inhibition)
Performance et sélection de matériaux en milieu marin
Protection antifouling
Intervenant : Seatech / Durée : 42h

Unité 32 - Autoréparation pour l’anticorrosion

Connaissance des matériaux dits « intelligents », qui voient une de leurs propriétés modifiée spontanément en réponse à des excitations naturelles ou provoquées, venant de l'extérieur ou de l'intérieur du matériaux
Etablissement des relations structure-propriétés fonctionnelles pour proposer l’utilisation de matériaux intelligents adaptés aux applications visées
Exemple des matériaux ayant des propriétés d’auto-réparation
Intervenant : Seatech / Durée : 6h

Et après ?

Année post-bac de sortie

2eme cycle (bac+4 & bac+5)

Niveau de sortie

2eme cycle (bac+4 & bac+5)

Secteurs d'activité ou type d'emploi

Experts en devenir en physique, mécanique, physico-chimie et informatique, les étudiantes et les étudiants peuvent alors à la fin de leur formation se projeter en tant que : 

  • Chercheurs / enseignants-chercheurs    

  • Cadres d’entreprise   

  • Ingénieurs de recherche, de production ou de contrôle