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Cristallographie

Sigle: S2333, ECTS: 3

Objectifs du cours

Les programmes des Classes Préparatoires aux Grandes Écoles Scientifiques comportent une introduction à la Cristallographie qui se limite à la description géométrique de quelques structures de référence. Les compétences que cet enseignement délivre, se réduisent alors aux calculs de coordinence, de compacité, de rayons d'interstitiels et de masse volumique, tout cela exposé dans le contexte souvent peu apprécié du cours de chimie de "prépa". Il s'agit là d'un échantillon assez peu représentatif et peu séduisant de ce à quoi cette science s'intéresse en réalité, de son utilité et de son intérêt. L'enseignement spécialisé proposé ici présente les aspects fondamentaux de la Cristallographie en abordant la théorie des symétries dans les structures cristallines ainsi que la théorie de la diffraction des rayonnements par ces structures cristallines. Ces théories sont exposées dans l'objectif d'introduire logiquement les concepts nécessaires à la description géométrique des structures cristallines et à leur étude expérimentale, mais on ne cherchera pas à détailler les développements mathématiques sur lesquelles elles s'appuient. Au-delà de l'application de ces concepts à la description ou à la détermination de structures cristallines, les travaux dirigés s'intéressent à la corrélation entre les dissymétries dans les structures cristallines des solides et les dissymétries de certaines de leurs propriétés physiques. Une large part de cet ES est consacrée à un ensemble de travaux pratiques et de démonstrations expérimentales réalisées sur les microscopes électroniques et les diffractomètres à Rayons X du Centre des Matériaux de l'École des Mines. En fonction des opportunités, la présentation des activités et des équipements d'un laboratoire de recherche d'une autre institution, comme par exemple le Laboratoire d'Enzymologie et de Biologie Structurales (LEBS) du CNRS permet d'aborder les applications de la cristallographie dans des domaines scientifiques différents des centres d'intérêts traditionnels de l'École des Mines. La visite de laboratoires disposant de "grands instruments" comme par exemple le synchroton SOLEIL de Saclay ou le réacteur nucléaire de recherche Orphée du Laboratoire Léon Brilloin du CEA est l'occasion de découvrir l'équipement de très haute technologie et l'environnement spécifique à la réalisation des expérimentations présentées en cours de manière théorique.

Pré-requis

Les connaissances en algèbre linéaire, en physique et en chimie acquises au cours du cursus antérieur à la deuxième année du Cycle Ingénieur Civil sont suffisantes.

Programme

Le cours de cristallographie peut être scindé en deux parties :

  • d'une part la cristallographie géométrique qui traite essentiellement des concepts de symétries et de réseau,
  • d'autre part la radiocristallographie qui s'intéresse à la diffraction des rayons X, des électrons et des neutrons par les cristaux.
Programme :
  • Introduction générale : l'état cristallin, ordre, périodicité, anisotropie.
  • Les symétries d'orientation des cristaux : observations des formes géométriques des cristaux naturels présentés au Musée de Minéralogie. Application, à l'aide d'un logiciel informatique, des groupes de symétrie ponctuelle et de la projection stéréographique à la construction de formes simples du système cubique.
  • Les réseaux : périodicité, mailles, motifs. Systèmes de réseau, indices de Miller. Illustrations : orientation et indexation de plans dans un cristal d'aluminium, reconstruction à l'aide d'un logiciel informatique de formes de croissance de cristaux dans divers systèmes.
  • La diffraction : démonstrations sur les microscopes électroniques en transmission du Centre des Matériaux. Théorie de la diffraction, réseau réciproque, loi de Bragg, construction d'Ewald, facteur de structure. Illustrations : imagerie en microscopie électronique, la diffraction des RX, techniques, travaux pratiques en diffraction sur poudres, identification de phases, transformations de phases.
  • Structures cristallines : symétries des propriétés physiques des cristaux, principe de Curie-Neumann, exemples d'applications.
  • Exemple d'application de la Cristallographie : visite dans un laboratoire dont l'activité sort des domaines de prédilection de l'École des Mines de Paris, présentation d'un "grand" équipement...

Modalités d'évaluation

L'évaluation des connaissances acquises sera contrôlée en continu à l'occasion des travaux dirigés et sera complétée par un examen écrit combinant questions à choix multiples et problèmes à questions indépendantes ou par une interrogation orale.

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Loïc NAZÉ

Chargé(s) d'enseignement
Daniel FARGUEPascal PODVIN

Sigle S2333
Année 2ème année
Niveau Graduate 1st year
Crédits ECTS 3
Coefficient 3
Nb. d'heures 37
Nb. de séances 30
Type de cours Enseignement spécialisé
Semestre 3
Période Automne
Domaines
  • Physique
  • Matériaux
  • Génie et sciences de la terre
Dernière mise à jour:
07 Sep 2016 08:19 par Franck