Recherche avancée
Catalogues >> Physique, optique >> Physique
Responsable :

Loïc NazÉ
  

Equipe Pédagogique :
Daniel Fargue
Pascal Podvin

Niveau : Graduate

Langue du cours : Français

Période : Automne

Nombre d'heures : 37

Crédits ECTS : 3 - annulé
SGS_S2333 Cristallographie
Objectifs: 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. Il s'agit là d'un échantillon assez peu représentatif des sujets couverts par la cristallographie.
En réalité, en fonction de leurs objectifs scientifiques, les chercheurs et les ingénieurs étudient, pratiquent ou utilisent la cristallographie de différentes manières et, dans la majorité des cas, sans lien direct avec la chimie.
L'objectif de l'enseignement spécialisé proposé ici n'est certainement pas de former des "spécialistes en cristallographie" ni de se limiter à la présentation exclusive d'une "petite partie" de la cristallographie à l'usage, par exemple, des ingénieurs d'étude en Science des Matériaux. Il s'agit plutôt d'ouvrir les horizons les plus larges possibles en termes d'applications des divers concepts que couvre la cristallographie, sans chercher à développer l'intégralité de la théorie de la cristallographie géométrique et de la radiocristallographie.
Cet enseignement offre également l'opportunité de s'intéresser à l'aspect expérimental d'une science et de la recherche qui s'y rattache. D'une part, la reconstruction de quelques structures cristallines simples permettra d'aborder les spécificités de la manipulation de données expérimentales. D'autre part, la présentation et l'utilisation des diffractomètres à rayon X et des microscopes électroniques dont dispose l'École donnera l'occasion de pénétrer dans l'univers "grands instruments" de haute technologie comme le synchrotron "SOLEIL" de 3ème génération et de comprendre pourquoi de tels investissements sont essentiels dans l'avancement des recherches relevant de thématiques allant des Géosciences à la Biologie.
Méthodes pédagogiques
La méthode choisie pour atteindre l'objectif énoncé précédemment de la manière la plus "vivante" est d'introduire expérimentalement les différents concepts qui seront développés. On pourra ainsi présenter, avant de "dérouler" la théorie attachée à leur interprétation, divers phénomènes physiques tels que, pour prendre deux extrêmes, les formes géométriques naturelles de croissances des cristaux macroscopiques, ou la formation de l'image de l'empilement des atomes par microscopie électronique en transmission. Cet enseignement fera largement appel à des travaux dirigés et pratiques.
L'importance donnée à l'expérimentation nous amènera à utiliser les ressources en équipement dont dispose l'École, en particulier au Musée de Minéralogie et au Centre des Matériaux. Nous nous aventurerons cependant au-delà des domaines d'études privilégiés de l'EMP à l'occasion de la présentation d'activités et d'équipements - éventuellement de "gros équipements" - dans d'autres laboratoires de recherche de la région parisienne.



Programme: On peut diviser le cours de cristallographie 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...


Niveau 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.

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.

Dernière mise à jour : vendredi 28 septembre 2012

© Mines de Paris 2019 - Réalisé par Winch Communication