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Le béton
/ UTLS - la suite, Mission 2000 en France
/ 01-10-2000
/ Canal-U - OAI Archive
ACKER Paul
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Le béton est aujourd'hui le matériau le plus utilisé dans le monde, plus que tous les autres matériaux réunis. Sans le béton, on ne pourrait pas réaliser ce qu'on construit aujourd'hui en matière de logement, d'écoles, d'hôpitaux, d'infrastructures de transport. A la fois robuste et universel - on peut le faire partout, dans tous les pays, dans son jardin - le béton est aussi au début d'une profonde mutation : l'ampleur et l'étendue de ses performances mécaniques et physiques augmentent sans cesse, et sa formulation, jusqu'ici très empirique, est en passe de devenir une démarche rationnelle, avec des outils d'ingénieurs construits sur des bases scientifiques qui font appel à toutes les disciplines qui entrent dans ce qu'on appelle aujourd'hui la Science des matériaux. Ceci est le résultat de profonds progrès dans notre compréhension scientifique des mécanismes de prise, de durcissement, de vieillissement, progrès qui ont accompagné l'émergence de la Science des matériaux - ou science des couplages - dont le béton est aujourd'hui l'archétype, puisqu'il est sans doute le seul à avoir mobilisé toutes les disciplines qui la constituent. Quelques exemples de ces progrès de compréhension seront présentés, et illustrés par leurs conséquences concrètes, parfois spectaculaires, sur les chantiers et les ouvrages d'aujourd'hui. Ces progrès devront aussi se traduire dans la qualité de notre environnement quotidien. Mot(s) clés libre(s) : béton, béton armé, béton précontraint, chimie physique, ciment, comportement mécanique, construction, déformation, fissure, science des matériaux
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Les matériaux biomimétiques
/ UTLS - la suite
/ 22-06-2006
/ Canal-U - OAI Archive
ARRIBART Hervé
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La démarche biomimétique ne date pas d'hier. Que l'on pense à la Chauve-Souris, premier prototype de Clément Ader ! Pour être fructueuse, elle doit passer par une compréhension complète - et critique - du fonctionnement de la structure dont on souhaite s'inspirer. Pourquoi la nature a-t-elle privilégié cette solution là pour résoudre ce problème ci, compte tenu des moyens à sa disposition : matières premières, conditions de température et de pression dans l'environnement,
? Dans le domaine des matériaux, répondre à cette question requiert une caractérisation en profondeur de la structure du matériau considéré. Cette caractérisation doit en général se faire à de nombreuses échelles, du macroscopique au nanométrique. En effet, les matériaux du monde vivant proposent de magnifiques exemples de structures hiérarchiques et sont souvent des nanomatériaux représentatifs. On peut décomposer la démarche biomimétique en trois étapes : 1) l'identification : repérage d'un matériau du vivant présentant une propriété intéressante, 2) la compréhension : sur la base de la connaissance de la structure, comment la propriété en question s'exprime t-elle ? 3) le contretypage, en utilisant des moyens qui sont en général différents des moyens naturels. En effet, les chimistes possèdent des recettes bien plus variées, souvent plus efficientes, que les voies de synthèse naturelles. A titre d'exemple, on verra pourquoi les feuilles de nénuphar servent de modèle à des nouveaux vitrages qui préservent la vision sous la pluie, comment la structure des ailes de papillons inspirent les concepteurs de matériaux aux couleurs chatoyantes, et en quoi les coquilles de mollusques ou de noix fournissent des pistes pour la recherche de matériaux composites très résistants sur le plan mécanique. Mot(s) clés libre(s) : biomimétisme, matériau composite, matériau naturel, monde vivant, nanomatériaux, science des matériaux, structure chimique, synthèse
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Nanotechnologies et perspectives industrielles
/ UTLS - la suite
/ 24-01-2002
/ Canal-U - OAI Archive
ARRIBART Hervé
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Pour mettre en oeuvre les nanotechnologies, il faut imaginer des procédés permettant d'organiser, de structurer la matière à l'échelle nanométrique - c'est-à-dire à des échelles comprises entre 1 et 100 nanomètres. C'est à cet aspect Matériaux des nanotechnologies que la conférence de ce soir sera consacrée. Pourquoi des nano-matériaux ? ; comment les élaborer ? Pourquoi les propriétés de la matière changent elles quand elle est hétérogène à des échelles inférieures à 100 nm ? Les effets sont souvent spectaculaires : les métaux peuvent devenir transparents et prendre des couleurs vives, les vitrocéramiques (qui sont des nano-composites verre-cristal) possèdent des propriétés mécaniques et thermiques bien supérieures à celles du verre homogène de même composition. Les explications physiques de ces phénomènes sont connues ; elles font en général appel à des dimensions caractéristiques bien identifiées. Comment procéder pour obtenir ces matériaux nano-structurés? Si de nombreuses voies sont explorées aujourd'hui dans les laboratoires de recherche, peu parmi elles seront compatibles avec les contraintes économiques pesant sur les coûts de production. On sera probablement conduit à privilégier les voies d'élaboration basées sur l'auto-organisation de la matière, prenant exemple sur les matériaux naturels qui sont bien souvent eux-mêmes nano-structurés. Quelques exemples de nanomatériaux bio-inspirés seront présentés. Mot(s) clés libre(s) : matériaux hybrides, matériaux intelligents, nanomatériaux, nanotechnologies, recherche industrielle, science des matériaux, solide nanostructuré
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Colloïdes et biotechnologies
/ UTLS - la suite
/ 29-10-2002
/ Canal-U - OAI Archive
BIBETTE Jérôme
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L'exposé introduit lutilisation des colloïdes dans le domaine du diagnostic biologique. Nous introduirons les bases de la physico chimie des colloïdes ainsi que les approches classiques du diagnostic biologique: test d'agglutination à partir de particules de Latex ou dor, test ELISA avec des particules magnétiques. Ensuite nous présenterons une nouvelle approche de diagnostic basée sur la formation de nano structures colloïdales magnétiques. Le principe repose sur l'aptitude de certains colloïdes magnétiques, à la fois suffisamment petits et susceptibles, à former rapidement des lignes réversibles sous champ. Nous montrerons que cette solution colloïdale change de couleur sous l'action d'un champ magnétique, conséquence de la diffraction des chaînes auto assemblées, et comment ce phénomène peut conduire à la détermination du profil de force entre colloïdes. Si les particules sont greffées par un anticorps, alors en présence de l'antigène spécifique capable de ponter deux anticorps, les lignes peuvent devenir permanentes et quasi irréversibles. Nous discuterons comment la persistance des lignes peut révéler de manière très sensible la quantité d'antigène introduite, et pourquoi la force magnétique imposée à chaque colloïde peut accélérer la complexation antigène anticorps. Nous finirons par une introduction à l'utilisation des colloïdes en micro fluidique. Nous montrerons comment les auto assemblages magnétiques peuvent devenir des matrices de séparation très efficaces pour des entités biologiques comme des ADN génomiques ou des cellules. Mot(s) clés libre(s) : biotechnologie, colloïde, diagnostic biologique, matériau, matière divisée, matière molle, microfluidique, nanomatériau, phase, physico-chimie, physique de la matière condensée, science des matériaux
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La physique des pâtes
/ UTLS - la suite
/ 14-07-2005
/ Canal-U - OAI Archive
COUSSOT Philippe
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On a l'habitude de classer la matière en solides, liquides ou gaz. Il existe cependant une classe de matériaux, les pâtes, dont le comportement mécanique et plus généralement les caractéristiques physiques sont en quelque sorte intermédiaires entre celles des liquides et des solides. Cette classe comprend des matériaux très divers : purées, compotes, sauces, yaourt, mousses, crèmes, gels, peintures, vernis, boues, ciment, colles, etc ; mais qui ont au moins un point commun : dans tous les cas il s'agit de fluides coincés, qui ne deviennent liquides que lorsqu'on leur fournit une énergie suffisante, et restent (ou redeviennent) solides si l'énergie fournie est trop faible. Cette propriété est ce qui fait l'intérêt principal de ces matériaux lors de leur utilisation (la mousse à raser reste sur le visage, bien avant de sécher la peinture appliquée sur un mur vertical ne coule plus, la boue argileuse conserve la forme qu'on lui a donnée en vue d'en faire une poterie, etc). En y regardant de plus près on se rend compte que cette transition solide-liquide se produit de manière relativement abrupte : une pâte n'est pas capable de couler à une vitesse modérée en régime permanent : soit elle coule vite, soit elle s'arrête. Ce phénomène conduit à une coexistence des phases liquide et solide dans la plupart des situations d'écoulement, et parfois à des évolutions catastrophiques. En outre des instabilités hydrodynamiques particulières (à vitesse nulle !) se développent avec ce type de matériaux : digitation lors de l'écartement de deux surfaces solides séparées par une fine couche de fluide ; goutte-à-goutte du ketchup ou de la mayonnaise sortant du tube ; compression simple (comme une éponge) ou craquelures lors du séchage ; vieillissement réversible au repos. Ces matériaux fascinants et complexes constituent un champ de recherche encore très ouvert. Une thermodynamique spécifique adaptée à ces fluides coincés peut elle être développée ? Quelles sont les origines microscopiques des comportements observés ? La réponse à ces questions fournira un cadre solide pour la formulation de matériaux industriels innovants (plus légers, plus robustes, contenant moins de produits nocifs, etc). Mot(s) clés libre(s) : boue, colloïde, comportement mécanique, déformation, écoulement, élasticité, instabilité hydrodynamique, magma, matériau granulaire, mécanique des fluides, milieux pâteux, mousse, pâte, polymère, rhéologie, science des matériaux, viscosité
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Les matériaux biomimétiques : de la nacre aux muscles artificiels
/ Mission 2000 en France
/ 29-09-2000
/ Canal-U - OAI Archive
DE GENNES Pierre-Gilles
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Les êtres vivants réalisent une pléiade de structures mécaniques extraordinaires, robustes, versatiles, adaptatives. On en présentera quelques exemples classiques, avant d'aller vers les nouveaux systèmes qui s'efforcent, de près ou de loin, à réaliser des choses analogues. En particulier on décrira quelques possibilités de muscles artificiels, encore loin des applications pratiques, mais potentiellement intéressantes. Mot(s) clés libre(s) : actionneur, chimie biomimétique, matériau naturel, muscle artificiel, science des matériaux, structure mécanique, synthèse chimique
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Les matériaux intelligents
/ Mission 2000 en France
/ 04-10-2000
/ Canal-U - OAI Archive
DE ROSNAY Joël
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Nous avons été habitués aux matériaux traditionnels (bois cuir, laine...) et connu la révolution des matières plastiques et des composites. Voici celle des matériaux intelligents capables de changer de forme, de couleur ou de conductivité en fonction de leur environnement. Les alliages à mémoire de forme, les matériaux piézo-électriques, magnétoscrictifs ou électrorhéologiques connaissent déjà de nombreuses applications. Des exemples en sont donnés dans le domaine de l'aérospatiale, de l'automobile, de la médecine, de la robotique ou du bâtiment. Mais déjà, de nouveaux matériaux intelligents sortent des laboratoires, s'inspirant de plus en plus des propriétés des systèmes biologiques. Grâce aux nanotechnologies, à des outils comme le microscope à effet tunnel ou le microscope à force atomique, il devient possible de les produire par un usinage à l'échelle de l'infiniment petit. On crée notamment des structures supramoléculaires, des polymères conducteurs et semiconducteurs, des textiles intelligents, des membranes sélectives ou des peaux artificielles. Avec de nombreuses applications dans le domaine militaire, dans celui de l'informatique et des microprocesseurs, dans la bioélectronique ou les biocapteurs. Le futur des matériaux intelligents passe par une intégration de plus en plus étroite entre supports physiques et biomatériaux. Le bio-ordinateur à ADN, les nanolabos, les MEMS, ou les biopuces implantables fascinent et inquiètent tout à la fois les scientifiques et le public. Un diaporama présente les avancées les plus récentes dans ces domaines. Les matériaux intelligents du futur ouvrent la voie à des interfaces plus étroites entre l'homme et les machines, conduisant progressivement à l'émergence de " l'homme symbiotique ". Mot(s) clés libre(s) : alliage à mémoire de forme, biomatériaux, biotique, matériau électrostrictif, matériau magnétostrictif, matériau piézo-électrique, MEMS, microstructure, modèle biologique, nanotechnologies, polymère de synthèse, science des matériaux
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Plastiques et élastomères
/ Mission 2000 en France
/ 11-10-2000
/ Canal-U - OAI Archive
GALLAS Gérard
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En moins d'un siècle, les caoutchoucs et les matières plastiques ont envahi notre vie quotidienne. La grande élasticité des " élastomères " a rendu ces matériaux indispensables en mécanique, comme en transport d'énergie électrique ou en hygiène. Sans caoutchouc, plus d'automobiles, plus d'avions, plus de fusées, plus d'électroménager. Le caoutchouc est un matériau moderne et pourtant, sous sa forme naturelle, il existait en Amérique Centrale bien avant l'ère chrétienne. Apparus plus récemment, les " plastomères " ont bouleversé notre environnement, en remplaçant le bois, les métaux et les alliages légers dans de nombreuses applications : transports, bâtiment et travaux publics, emballages, articles ménagers, etc. Après avoir examiné ce qui fait l'originalité de cette grande famille des polymères, on examinera leurs caractéristiques principales et leurs procédés de transformation. Les principales applications seront décrites, depuis la conception des produits jusqu'à leur fin de vie et leur recyclage éventuel. La conclusion évoquera l'avenir à moyen terme de cette catégorie de matériaux, tant dans sa complexité que dans sa diversité. Mot(s) clés libre(s) : caoutchouc, élasticité, élastomère, plastique, plastomère, polymère, science des matériaux, vulcanisation
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Les cristaux et les quasi-cristaux
/ Mission 2000 en France
/ 09-08-2000
/ Canal-U - OAI Archive
GRATIAS Denis
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"Un ""cristal"" est un solide dont les atomes se répartissent de façon triplement périodique dans l'espace. A cette définition, datant du début du siècle, l'Union Internationale de Cristallographie (IUCr) a ajouté en 1991, celle de ""cristal apériodique"", solide sans périodicité tri-dimensionnelle mais présentant un spectre de diffraction essentiellement discret. Ce sont les phases incommensurables, dont le premier exemple fut découvert en 1936 par Jonhson et Linde, et les quasicristaux découverts en 1982 par Dany Scechtman. Ces nouveaux venus ont bouleversé le paysage de la cristallographie conduisant à la quasicristallographie. La cristallographie s'appuie sur la notion de symétrie c'est-à-dire d'invariance. Celle-ci se rencontre en physique dans de multiples contextes. De la simple invariance géométrique de superposition d'un objet sur lui-même à la définition des grandeurs premières d'un système mécanique ou celle de la forme d'une équation d'état, la symétrie est la traduction rationnelle des redondances de la nature qui en permet une description minimale, nécessaire nulle part mais utile partout. La cristallographie utilise l'expression la plus élémentaire de la symétrie, celle immédiatement visuelle de la géométrie dont les éléments sont les isométries de l'espace euclidien, l'inversion, la rotation, la réflexion dans un miroir, auxquelles s'ajoute, un cristal idéal étant supposé infini, la translation dans l'espace. Déplacer le cristal d'un nombre entier de fois l'une quelconque de ses périodes revient à le superposer exactement ; c'est une opération d'invariance. " Mot(s) clés libre(s) : cristallographie, diffraction, invariance, maille élémentaire, périodicité, quasi-cristal, science des matériaux, structure cristalline, symétrie, translation
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Physique des tas de sable et de la matière molle
/ Mission 2000 en France
/ 11-08-2000
/ Canal-U - OAI Archive
GUYON Etienne
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"Matière molle ou douce, objet fragiles, autant d'appellations diverses d'une science au quotidien qui associe des compétences variées de chercheurs. Par exemple, derrière les exemples à goûter de sauces et émulsions, de soufflés, de gelées, le physico-chimiste reconnaîtra des colloïdes, des effets de surfactants, des polymères enchevêtrés. Le rhéologue étudiera, lui, les propriétés, intermédiaires entre celles d'un solide et d'un liquide, de ces objets facilement déformables. Le physicien s'attachera à une description à différentes échelles de tailles qui vont du constituant élémentaire ou tout en y appliquant ses connaissances sur la matière hétérogène et le désordre. Nous illustrerons quelques caractéristiques de tels systèmes sur l'exemple de la matière granulaire (le tas de sable) en montrant comment, à partir de "" simples "" observations ou expériences on peut en approcher les comportements "" complexes "" et souvent inattendus qui font qu'elle ne se laisse décrire ni comme un solide, ni comme un liquide ou encore ni comme un gaz lorsque les grains sont dilués. Mais, à côté de travaux pratiques sur la plage, les enjeux économiques ou environnementaux de ces études sont considérables qu'il s'agisse par exemple des matériaux de construction ou de la désertification." Mot(s) clés libre(s) : comportement mécanique, déformation, écoulement, matière molle, mécanique des fluides, milieu granulaire, physico-chimie, physique statistique, polymère, rhéologie, science des matériaux, tas de sable
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