Séance de cours

Propriétés thermiques des matériaux

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Dans cours

MSE-101(b): Matériaux: de la chimie aux propriétés

Ce cours permet l'acquisition des notions essentielles relatives à la structure de la matière, aux équilibres et à la réactivité chimique en liaison avec les propriétés mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques et optiques des matériaux. ...

Description

Cette séance de cours couvre les effets de la température sur les matériaux, y compris la fatigue thermique, la chaleur spécifique, la dilatation thermique et la diffusion thermique. Il explique comment la température influence les propriétés, les dimensions et le comportement des matériaux, conduisant à des phénomènes tels que les fissures de fatigue thermique et l’expansion. L'instructeur discute des concepts de chaleur spécifique, de dilatation thermique linéaire et de diffusivité thermique, en soulignant leur importance dans la compréhension du comportement des matériaux dans différentes conditions de température.

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Enseignant·e·s (4)

Michel Rappaz

Après un doctorat en physique du solide (1978) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), un post-doc à Oak Ridge National Laboratory, Michel Rappaz rejoint l’Institut des matériaux de l’EPFL en 1981. Après un passage de deux ans dans un bureau d’ingénieurs, il revient à l’EPFL en 1984 où il est nommé Professeur titulaire en 1990, puis Professeur ordinaire en 2003. Après sa retraite de l’EPFL en 2015, il est actuellement Professeur émérite et consultant indépendant auprès de divers centres de recherche et industries. Ses principaux centres d’intérêt sont les transformations de phase et la solidification, en particulier le couplage des aspects macroscopiques de transferts de chaleur et de masse à l’échelle des procédés avec les aspects microscopiques de germination-croissance des microstructures et des défauts. Parmi ses diverses réalisations, on peut mentionner le développement d’Automates Cellulaires couplés avec la méthode d’Eléments Finis (modèle CAFE) pour la prédiction des structures de grains en solidification, le développement de modèles granulaires pour la fissuration à chaud, l’application de la méthode de champ de phase pour la compréhension de diverses microstructures, la découverte de la germination assistée dans certains alliages par des phases quasicrystallines, ainsi que de nombreuses études touchant aussi bien les aspects fondamentaux de formation des structures que des aspects plus appliqués des procédés. Certains modèles développés dans son laboratoire ont été commercialisés par une spin-off fondée en 1991 (Calcom SA), faisant partie actuellement du groupe français ESI. Michel Rappaz a initié en 1992 un cours annuel de formation continue en solidification, suivi à ce jour par plus de 900 participants venant d’une quarantaine de pays. Il collabore actuellement avec une autre spin-off du laboratoire fondée en 2014, Novamet SàrL. Michel Rappaz a reçu de nombreux prix et distinctions, en particulier le prix Mathewson de co-auteur (1994) et auteur (1997) de l’American Mineral, Metals and Materials Society (TMS), le prix de la fondation Koerber avec les Profs Y. Bréchet et M. Asbby (1996), la médaille Sainte-Claire Deville (1996) et la Grande Médaille (2011) de la Société Française des Matériaux (SF2M), le prix Bruce Chalmers de la TMS (2002), le prix Mc Donald Memorial Lecture du Canada (2005), la médaille d’or de la Société Européenne des Matériaux (FEMS, 2013) et le prix Brimacombe de la TMS (2015). Il fait partie des “Highly-Cited Authors” de ISI, il est fellow des sociétés ASM, IOP et TMS, et a écrit plus de 200 publications et deux livres.

Arianna Marchioro

Source officielle

Concepts associés (32)

Capacité thermique massique

La capacité thermique massique (symbole usuel c), anciennement appelée chaleur massique ou chaleur spécifique, est la capacité thermique d'un matériau rapportée à sa masse. C'est une grandeur qui reflète la capacité d'un matériau à accumuler de l'énergie sous forme thermique, pour une masse donnée, quand sa température augmente. Une grande capacité thermique signifie qu'une grande quantité d'énergie peut être stockée, moyennant une augmentation relativement faible de la température.

Conductivité thermique

La conductivité thermique (ou conductibilité thermique) d'un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à diffuser la chaleur dans les milieux sans déplacement macroscopique de matière. C'est le rapport de l'énergie thermique (quantité de chaleur) transférée par unité de temps (donc homogène à une puissance, en watts) et de surface au gradient de température. Notée λ (anciennement K voire k), la conductivité thermique intervient notamment dans la loi de Fourier.

Contrainte (mécanique)

vignette|Lignes de tension dans un rapporteur en plastique vu sous une lumière polarisée grâce à la photoélasticité. En mécanique des milieux continus, et en résistance des matériaux en règle générale, la contrainte mécanique (autrefois appelée tension ou « fatigue élastique ») décrit les forces que les particules élémentaires d'un milieu exercent les unes sur les autres par unité de surface. Ce bilan des forces locales est conceptualisé par un tenseur d'ordre deux : le tenseur des contraintes.

Isolation thermique

thumb|Isolation thermique effectuée par l'extérieur afin de limiter les ponts thermiques. L’isolation thermique est l'ensemble des techniques mises en œuvre pour limiter les transferts de chaleur entre un milieu chaud et un milieu froid. L'isolation thermique est utilisée dans de nombreux domaines, notamment le bâtiment, l'industrie, l'automobile, la chaîne du froid, la cuisine et le textile. Elle permet de réduire la consommation énergétique, donc les coûts et les émissions de gaz à effet de serre.

Capacité thermique

La capacité thermique (anciennement capacité calorifique) d'un corps est une grandeur qui mesure la chaleur qu'il faut lui transférer pour augmenter sa température d'un kelvin. Inversement, elle permet de quantifier la possibilité qu'a ce corps d'absorber ou de restituer de la chaleur au cours d'une transformation pendant laquelle sa température varie. Elle s'exprime en joules par kelvin (). C'est une grandeur extensive : plus la quantité de matière est importante, plus la capacité thermique est grande.

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Séances de cours associées (64)

Propriétés thermiques en science des matériaux

Explore les effets de la température sur les matériaux, y compris la dilatation thermique et la conductivité.

Thermomécanique : problèmes thermiques et mécaniques

Explore les problèmes thermiques et mécaniques en thermomécanique, couvrant l'équation de la chaleur, la déformation totale et la modélisation de l'analyse des contraintes.

Propriétés thermiques des matériaux

Explore l'effet de la température sur les matériaux, la dilatation thermique et les contraintes thermomécaniques, ce qui entraîne des conséquences pratiques.

Propriétés thermiques et diffusion

Explore les propriétés thermiques, la diffusion et les effets de température sur les matériaux pour prévenir les problèmes et les accidents.

Effet de la température sur les matériaux

Examine les effets de la température sur les matériaux, y compris la dilatation thermique et la chaleur spécifique.

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Fabien Sorin

Sep 2002-Oct 2007 Ph.D., Department of Materials Science and Engineering, MIT, USA. Supervisor: Prof. Yoel Fink; Thesis: Multi-material, Multifunctional Fiber Devices. After graduating with an engineering degree and a Master of Science in Physics from the Ecole Polytechnique in Palaiseau, France, Prof. Sorin joined the department of Materials Science and Engineering at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA for his graduate studies. He worked as a research assistant in the Photonic Bandgap Fibers and Devices Group of Professor Yoel Fink and graduated with a PhD in 2008. His PhD thesis led to the development of a new class of fiber material and devices and he was a pioneer of the field of multi-material fibers. Mar 2008-Oct 2010 Postdoctoral Associate and Research Scientist, Research Laboratory of Electronics, MIT. He then joined the Research Laboratory of Electronics at MIT as a Postdoctoral Associate, and continued as a Research Scientist associate, where he conducted independent research in the emerging field of multi-material fibers and was involved and led a variety of projects in fundamental research as well as in collaborations with local start-ups. Apr 2011 Feb 2013 Research Engineer, Saint-Gobain Recherche, Aubervilliers, France. Surface du Verre et interface Group In 2011, prof. Sorin returned to Europe and joined the company Saint-Gobain in the Saint-Gobain Recherche center, its biggest research center located near Paris in France. As a research engineer, he developed a new research thrust investigating new photonic materials and nanostructures for the energy and building industries. In particular, he and colleagues developed innovative processing approaches to deploy photonic nanostructures for light management over large area substrates, for applications in energy harvesting and saving, and for building materials and windows. Mar 2013 Present Assistant Professor tenure-track, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland. Head of the Photonic materials and fibre devices laboratory (FIMAP) Since March 2013, he is in the department of Materials Science (IMX) at the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) as an assistant professor tenure-track. He is starting a research group on photonic materials and fiber devices (FIMAP), continuing on developing innovative materials processing approaches and photonic device architectures to develop new solutions in energy harvesting, saving and storage, in sensing and monitoring, health care and smart fabrics.

Concepts associés (32)

Capacité thermique massique

Conductivité thermique

Contrainte (mécanique)

Isolation thermique

Capacité thermique

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