Maîtrise en sciences de l’énergie et des matériaux (cheminement bidiplômant en plasma)

1593-1594

Maître ès sciences, M. Sc de l’INRS

Maîtrise en sciences de l’énergie et des matériaux

Master de l’Université Toulouse III – Paul Sabatier

Master électronique, énergie électrique, automatique – parcours Sciences et technologies de plasmas

45 crédits (120 ECTS)

Pays hôtes : Canada et France

Réalisation de 3 stages de recherche répondant aux exigences d’un mémoire de maîtrise

Ce programme est offert à temps complet.

Aux fins d’inscription, le montant des droits et frais de scolarité à payer varie selon le pays d’origine et le programme. En savoir plus

L’INRS accorde des bourses d’études dans le cadre de ce programme.

En savoir plus

L’admission au programme d’études est conditionnelle à l’acceptation d’une professeure ou d’un professeur de diriger vos travaux ou votre stage de recherche.

En savoir plus sur les étapes d’une demande d’admission

Automne 30 mars

Voir le calendrier universitaire

L’admission au programme d’études est conditionnelle à l’acceptation d’une professeure ou d’un professeur de diriger vos travaux ou votre stage de recherche.

En savoir plus sur les étapes d’une demande d’admission

Les cours sont offerts en français.

Des cours de langues sont offerts aux étudiantes et étudiants non-francophones.

Si vous avez obtenu un diplôme dans un pays autre que le Canada ou dans une province canadienne hors Québec, vérifiez les équivalences des diplômes avant de faire une demande d’admission à un programme d’études.

Marc-André Gauthier

Bureau du registraire

Téléphone : 418 654-2518
Sans frais au Québec : 1 877 326-5762
registrariat@inrs.ca

Ce cours couvre les sujets suivants : la physique atomique dans les plasmas, les collisions atomiques, les orbites des particules, la fonction de distribution, les équations des deux fluides (diffusion, mobilité), les équations MHD, les ondes de plasmas, les équations cinétiques, les collisions coulombiennes, les sources de plasmas dans la nature et dans le laboratoire.

Ce cours donnera une vue d’ensemble des déterminants et des technologies qui influencent le contexte énergétique. Contexte international : réserves mondiales, rôle de l’OPEP, situation politique et économique. Efficacité énergétique : exergie, théorie Pinch, etc. Technologies de demande par secteur (résidentiel, commercial, industriel, transport), par usage (chauffage, éclairage, moteur, etc.) et technologies d’offres conventionnelles (hydroélectricité, centrales thermiques, etc.). Introduction à la modélisation et tarification : courbes de charges. Les nouvelles technologies de gestion d’énergie : stockage, pompes à chaleur, piles à combustible, etc. Les technologies alternatives : solaire, éolienne, fusion, etc. Les relations énergie-environnement.

Présenter une vue d’ensemble des matériaux et particulièrement de l’influence des formes variées de structures sur leurs propriétés. Types de liaisons. Structure cristalline. Défauts et diffusion. Élasticité, plasticité et ténacité. Phases et diagramme d’équilibre. Transformation de phases et modification des propriétés mécaniques. Théorie des bandes. Métaux, semi-conducteurs et isolants. Polymères. Céramiques. Matériaux composites. Élaboration des films minces. Modification des propriétés de surface. Visite d’installations de mise en forme des diverses classes de matériaux.

L’objectif de ce cours est de fournir à l’étudiant(e) l’ensemble des concepts théoriques et pratiques à la base de la diffraction des rayons X. Dans le cadre de ce cours, on se concentrera surtout sur la diffraction des rayons X telle qu’elle est pratiquée dans le domaine des poudres et des films minces. Les sujets abordés sont : caractéristique de la radiation X, source pour la génération de la génération X, production de la radiation monochromatique, détecteurs, instrumentation, état cristallin, théorie de la diffraction, préparation des échantillons, acquisition des données, analyse qualitative des données et analyse quantitative des données.

Principes de base des lasers, propriété de la radiation laser. Interaction d’une onde électromagnétique avec un système atomique : traitement de l’oscillateur harmonique, traitement semi-classique. Élargissement de raie : élargissement homogène, élargissement par saturation, effet Doppler. Propagation d’une impulsion laser dans un milieu amplificateur ou absorbant, saturation. Condition d’oscillation,  » Q-switching « , oscillateur à relaxation. Laser à rubis, laser à néodyme-verre, laser à CO2. Optique du faisceau gaussien et application au résonateur laser.

Ce cours servira à améliorer des habiletés en programmation par la pratique. Il permettra d’acquérir les connaissances relatives au traitement de données et à l’application de modèles basés sur les équations différentielles. Il permettra de comprendre les avantages et les inconvénients des différentes approches possibles pour résoudre un problème donné (schéma explicite ou implicite, split-step ou global, etc.).

Ce cours, offert généralement sous forme de lectures dirigées, sert à donner à l’étudiante ou à l’étudiant un complément de formation dans certains domaines jugés nécessaires par le comité de programmes.

Ce cours permet une introduction et des connaissances générales sur l’électrochimie, les techniques expérimentales conventionnelles et modernes ainsi que quelques méthodes de simulation numériques des résultats expérimentaux. On y introduit plusieurs domaines d’importance technologiques. Il permet à l’étudiante ou à l’étudiant de mettre en pratique les connaissances théoriques acquises.

L’objectif de ce cours est de familiariser les étudiant(e)s aux différentes techniques utilisées pour la caractérisation des plasmas (chaud et froid). Les sujets couverts sont : interférométrie, diffusion Thomson, diagnostics ILM, spectrométrie [équilibre et modèles ionisation (ETL, coronal, radiative-collisionnel), émission de raies et du continuum, élargissement des raies, spectroscopie d’absorption et spectroscopie laser], chronoscopie, imagerie et tomographie, sondes magnétiques, électrostatiques et capacitive, analyseurs de masse et énergie. Il y a deux cours de travaux pratiques en laboratoire.

Introduction à la physique et aux diagnostics des plasmas froids. Réacteurs à plasmas. Décharges DC, capacitives et inductives. Plasmas entretenus par des ondes, plasmas créés par laser à faible intensité. Applications des plasmas au dépôt et à la gravure des couches minces. Applications des plasmas à l’analyse de matériaux.

Liquides et solutions : théories des liquides, solvatation, tensioactifs, état colloïdal. Systèmes micellaires : thermodynamique, cinétique, structure, solubilisation, action détersive. Émulsions et microémulsions, vésicules et liposomes, mousses, sols et dispersions. Propriétés électriques, optiques et rhéologiques des colloïdes. Applications aux systèmes non aqueux et aux polymères.

Cours spéciaux offerts périodiquement par des professeures et professeurs invités ou réguliers sur des sujets d’actualité dans le domaine des sciences de l’énergie et des matériaux.

Ce cours a pour but de donner une introduction et des connaissances générales sur les propriétés des surfaces, les techniques pertinentes à leur caractérisation ainsi que les méthodes les plus utilisées pour les modifier (plasmas, implantation ionique, irradiation photonique). Les principales propriétés de surface traitées dans ce cours sont : la mouillabilité, l’adhérence, la perméation, les propriétés tribologiques (dureté, usure, friction), les propriétés optiques, la conductivité, la corrosion et la biocompatibilité)

Interaction du rayonnement laser et du plasma de couronne : absorption collisionnelle, absorption résonante, instabilités paramétriques, saturation des instabilités. Transport d’énergie dans la matière. Hydrodynamique : ondes de choc, ondes de déflagration, compression de la matière. Physique atomique. Fusion par laser. Accélération d’électrons. Sources X créées par l’interaction laser-matière.

La fusion thermonucléaire dans le bilan énergétique. Les réactions de fusion. Réacteurs potentiels : confinement inertiel et par champs magnétiques. Tokamaks, transport, modélisation du plasma, bilan d’un réacteur. Paramètres d’opération. Chauffage du plasma, entraînement de courant. Ravitaillement. Couverture : neutronique, production de tritium, transfert de chaleur, dommages. Aimants. Sécurité. Application à ITER.

Lois fondamentales dans les trois domaines de transfert : quantité de mouvement, chaleur, masse. Propriétés des fluides significatives pour les transferts : phénomènes dans les écoulements, analyse dimensionnelle, notions de couche limite. Modes de transfert de chaleur : conduction thermique, cas d’un écoulement, convection libre, convection à l’intérieur de tuyaux et à l’extérieur de surfaces, transfert avec changement d’état physique, transfert par rayonnement. Transfert de masse. Procédés de transfert de chaleur combinés et échangeurs de chaleur. Nouveaux procédés de stockage et valorisation de l’énergie thermique.

Classification des solides. Liaisons ioniques : thermodynamique, modèle électrostatique, énergie du crystal. Composés covalents : mécanique quantique, orbites moléculaires, calculs orbitales. Solides diélectriques : polarisation, moments dipolaires, liaison Van der Waal. Métaux : conductivité électrique, chaleur spécifique, structure de bande.

Plusieurs techniques de caractérisation de la microstructure et de la composition chimique des matériaux et de leurs surfaces sont présentées : la diffraction des rayons X, la microscopie électronique en transmission (TEM), la microscopie électronique à balayage (SEM), la microscopie Auger à balayage (SAM), la spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS), l’absorption des rayons X (XAS), les spectroscopies X et UV des photoélectrons (XPS et UPS), l’analyse de la structure des surfaces par RHEED et LEED, les microscopies par effet tunnel et force atomique.

Introduction aux phénomènes d’interaction plasma-surface. Les défauts dans et sur les cristaux : thermodynamique, modèles macroscopiques, modèles atomique. Théorie des collisions atomiques élastiques et inélastiques; pénétration des particules énergiques dans la matière, canalisation. Cascades de collisions et production d’amas de défauts. Pulvérisation cathodique (physique). Introduction aux processus chimiques : thermodynamique, cinétique. Adsorption et désorption. L’érosion chimique et la gravure; synergies entre les effets physique et chimiques. Diffusion de surface, nucléation, croissance de film. Implantation, synthèse de composés, ségrégation et précipitation, bulles.

Introduction à la science des polymères. Synthèse des polymères. Propriétés en solution, thermodynamique et poids moléculaire. Propriétés à l’état solide des polymères. Viscoélasticité. Dégradation, stabilité et considérations environnementales. Additifs, mélanges et composites. Thermoplastiques et fibres. Élastomères et thermosets. Polymères spéciaux et d’ingénierie. Mise en œuvre et rhéologie. Applications.

Revue de la technologie des piles à combustibles, l’électrochimie des piles à combustibles, traitement du carburant, caractéristiques des systèmes de piles à combustibles, conception et optimisation des piles, recherche et développement des piles alcalines à combustibles, recherche et développement des piles à acide phosphorique, recherche et développement des piles à polymère solide, l’économétrie des piles à combustibles, études de marché.

Ce cours donnera une vue d’ensemble sur les théories de transport de charges dans les matériaux moléculaires. Ce transport peut se faire soit par les trous, soit par les électrons ou être bipolaire. Les formalismes considérés dans cette partie théorique seront le formalisme de désordre, celui des polarons et celui de Sher-Montroll. Des formalismes moins utilisés seront aussi examinés (piège de dipoles, percolation, pièges multiples, effet Poole Frenkel). Les formalismes seront utilisés pour expliquer les résultats obtenus dans certaines applications des matériaux moléculaires. Comme applications, nous verrons soit les photorécepteurs reprographiques organiques (dans ce cas, le cours touchera également à la photogénération de charges dans les solides organiques), soit les dispositifs organiques électroluminescents (dans ce cas, le cours touchera aussi à la génération de photons par électroluminescence et à la stabilité des dispositifs).

Ce stage est réalisé à l’INRS,

Ce stage est réalisé à l’INRS,