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Chimie ParisTech

Chimie ParisTech - Polytechnique Montréal | Polytechnique … · 2014-04-08 · Module de préparation aux entretiens d'embauche en anglais ... Les examens écrits et oraux d'anglais

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Chimie ParisTech

LIVRET DES ENSEIGNEMENTS

TROISIÈME ANNÉE

CURSUS INGÉNIEUR

CHIMIE PARISTECH

TROISIÈME ANNEE DU CYCLE INGENIEUR

SEMESTRE 1

TRONC COMMUN

LC3-AN Anglais

Objectifs : La troisième année représente l'aboutissement, la réalisation des objectifs professionnels des trois

années de formation du département d'enseignement "Langues et Cultures".

En anglais, l'objectif est de rendre les élèves capables de s'adapter de façon efficace à un environnement

professionnel international : recrutement, communication interculturelle, anglais scientifique et situations de

communication dans l'entreprise.

Programme

Module de préparation aux entretiens d'embauche en anglais

C'est la suite et l'aboutissement de la formation commencée en 1ère année : lettre, CV, entretiens.

- capacité à présenter son projet professionnel, sa formation, son expérience

- connaissance de soi, capacité à communiquer

- travail personnel sur documents authentiques d'entreprises (sites WEB de recrutement des entreprises en

anglais), ateliers

Le parcours se termine par une simulation individuelle d'entretien d'embauche en anglais

Module d'anglais scientifique et professionnel

Il s'agit de préparer les élèves à la présentation orale de leur stage ingénieur de 2ème année : préparation du fond

et de la forme, avec principalement une exploitation large du contenu scientifique, mais sans négliger les autres

centres d'intérêts du stage : la découverte d'une entreprise, de son environnement, de sa culture, des métiers, des

relations humaines. (cf 2ème année) (supports polycopiés, vidéos, CD Roms et sites d'entreprises sur Internet).

Module d'expression orale professionnelle et de communication interculturelle

L'expression orale est un domaine clé de la communication. Pour l'ingénieur, le chercheur, le cadre, la capacité à

présenter un projet, à le défendre, à dialoguer, à débattre, à négocier sera un élément déterminant de son

intégration au sein d'une équipe, d'une entreprise et de son évolution de carrière.

Les activités proposées sont des jeux de rôles et des mises en situation professionnelles : prise de parole en

public, présentations suivies de questions, réunions, débats, gestion de conflit et négociation (supports :

polycopiés, cassettes audio, vidéos et CD Roms)

Il s'agit aussi d'exploiter la dimension culturelle des stages à l'étranger et d'explorer la complexité de la

communication interculturelle. Les élèves sont préparés à l'international, la maîtrise d'une langue n'étant pas

suffisante pour bien communiquer avec les partenaires étrangers. Sensibilisation aux différences culturelles qui

façonnent notre façon d'appréhender le monde, de penser, de communiquer, de travailler, de nous comporter en

société.

Évaluation des connaissances et des compétences en anglais

Les examens écrits et oraux d'anglais de fin de formation ont pour but d'évaluer les élèves dans des situations

professionnelles :

Rapport de stage ingénieur de 2e année : Soutenance orale de 30 minutes et rapport de 4 pages. C'est un examen

propre au département d'enseignement "Langues et Cultures". Il consiste en un complément de la soutenance en

français effectuée avec les enseignements scientifiques de l'École. Il tient compte de la description de

l'environnement humain et culturel de l'entreprise et du travail scientifique réalisé.

Rapport de Tronc Commun scientifique : Un des rapports demandés dans le cadre du Tronc Commun

scientifique de 3ème année doit être rédigé en anglais. Rapport de 25 pages environ rédigé sur une étude réalisée

par une équipe de 3 élèves. (correction par un enseignant scientifique)

Projet de fin d'études de 3e année : La soutenance orale devant le jury scientifique est réalisée partiellement (la

moitié de préférence) en anglais et il est demandé - en dehors du rapport en français - un résumé de 4 pages en

anglais.

Obtention d'un score minimum de 750/900 au TOEIC :

Afin de répondre aux attentes de la Commission du Titre d'Ingénieur (CTI), le département prépare les élèves au

passage du test TOEIC avec l'exigence d'un score minimum de 750. Ce test permet de valider en externe le

niveau de langue anglaise des élèves et assure à celui-ci une visibilité pour les entreprises et l'international.

SHG.MCC3.CEI Communication, Entrepreneuriat, Insertion professionnelle

Séminaire « Communication et Compétences Managériales »

- Appréhender les bases de la communication interpersonnelle.

- Capacité à conduire une réunion et à animer un collectif.

- Acquérir les postures de base en négociation et gestion de conflits.

- Comprendre et agir dans un système complexe et organisé de communication.

Séminaires « Entrepreneuriat (initiation) et Gestion de Projets Innovants »

- Développer son esprit d’entreprise et ses aptitudes à entreprendre.

- Capacité à travailler en équipe avec des personnes ressources.

- Réaliser le montage d’un projet et de son business plan : aspects marketing, propriété intellectuelle et

aspects juridique, finance et planification financière.

- Capacité à présenter et défendre un projet.

Module de Préparation à la Recherche d’Emploi

- Capacité à aborder les situations d’entretiens d’embauche et d’assesment centers.

- Capacité à se présenter et à présenter son projet professionnel : motivation, parcours (études et stages),

choix et attentes professionnels, qualités, défauts.

- Capacité à présenter leurs apprentissages en termes qualitatifs et porter un regard autre que purement

scientifique ou technique sur leurs expériences de stages.

Responsable : Philippe VERNAZOBRES, Delphine BOURLAND

Période : Automne

Nombre d’heures : 82

Crédits ECTS : 2

SHG.MCC3.MEG Économie et Gestion

Économie Internationale

- Acquérir des bases de compréhension en économie internationale pour être capable de décrypter

l’environnement économique mondialisé de l’entreprise dans lequel les étudiants seront amenés à

évoluer professionnellement.

- Communiquer avec des interlocuteurs non scientifiques sur des sujets économiques

Thèmes :

Le commerce international et les stratégies de globalisation des entreprises

Définitions :Internationalisation, mondialisation, globalisation, …

Différentes théories : A. Smith, D. Ricardo, …

Fondements et organisation des échanges mondiaux

Notions de libre-échange et de protectionnisme

Organisation des échanges : du GATT à l’OMC

Le change et la balance des paiements

Taux de change (notions, marchés, détermination)

Balance des paiements, déséquilibres mondiaux, politique de changes

Ordres et désordres monétaires et financiers internationaux

Système monétaire international : historique, rôle du FMI

Exemple de la crise du change au Brésil (fin des années 1990 / début des années 2000)

Cycles économiques et crises : crise de 1929, crise des subprimes, crise de la dette publique américaine et

européenne

Contrôle de Gestion

Comprendre et mettre en œuvre la logique de formation des coûts.

Intégrer les conséquences-coût des décisions industrielles.

Comprendre et mettre en œuvre la logique du contrôle financier des activités et des projets.

Thèmes :

Introduction au contrôle de gestion et aux principes de calcul des coûts

Eléments de lecture d’un bilan et d’un compte de résultat

Méthodes des coûts complets, des coûts variables, seuil de rentabilité

Contrôle financier des coûts de production et des projets

Articulation plan stratégique et budgets

Coûts préétablis et calcul des écarts

Responsable : Philippe VERNAZOBRES, Delphine BOURLAND

Période : Automne

Nombre d’heures : 30

Crédit ECTS : 4

TC.EG.3.1 Energies : réalités et perspectives

1 - Introduction - Enjeux par Bernard BOULLIS vendredi 3 septembre de 14h à 17h30

Introduction aux enseignements et conférences

Énergie : définitions, unités, mesures, énergie finale, énergie primaire, vecteurs énergétiques

2 - Besoins en énergie par Bertrand BARRE vendredi 17 septembre de 9h à 12h30

Mise en perspective historique ; démographie ; Panorama actuel, répartition par secteurs, par régions ; Futur :

scénarios et incertitudes ; Les grands enjeux …

3 – Challenges technologiques des nouvelles énergies par Gilles COCHEVELOU

vendredi 8 octobre de 14h à 17 h30

4 - Énergies et climat par François-Marie BREON

vendredi 26 novembre de 9h à 12h30

Effet de serre, mécanismes, conséquences, scénarios ; séquestration, conversion CO2…

5 – Économie de l’énergie par Jacques PERCEBOIS vendredi 10 décembre de 14h à 17h30

Prix du kWh ; Politique et marché européens ; Contexte français ; Sécurité d’approvisionnement

6 - Énergies fossiles par Roland GEOFFROIS vendredi 21 janvier de 14h à 17h30

Concept de "peak oil", plafonnement des réserves pétrolières et gazières ; quel avenir pour le pétrole, quelles

énergies pour demain ?

TC.EG.3.2 Management des Risques

Objectifs

Ce cours est un prolongement de l’enseignement reçu en première année et a pour but de donner aux

étudiants les notions fondamentales, les méthodes et les applications qui permettent de projeter et d’opérer des

industries chimiques en toute sécurité par la prévention des accidents. Une présentation des grands accidents

industriels permettra d’identifier les dangers principaux responsables d’accidents sur sites industriels (explosions

de poussières, dangers de l’électricité statique, explosions physiques, emballements thermiques…).

Dans un deuxième temps, les étudiants devront procéder à l’analyse des risques chimiques d’un procédé

grâce à l’utilisation de différentes méthodes d’analyse des risques (HAZOP, What-if, Arbre des défaillances,

arbre des causes…). Les élèves réaliseront un projet par binôme et présenteront leur résultat sous forme d’une

présentation powerpoint. L’enseignement sera ensuite complété par des intervenants extérieurs qui traiteront les

aspects réglementaires en interne (Code du travail, CHSCT, HSE/médecin travail…) et en externe (REACH,

SGH/CLP, Seveso, les DRIRE).

Contenu

Explosions de poussières

- Données statistiques

- Mécanisme (explosion primaire et secondaire) et effets

o Effets de surpression : détonation et déflagration

- Grandeurs caractéristiques et classes d’explosion

- Analyses des paramètres intervenant lors de l’initiation et de la progression

o Energie d'inflammation : température d’auto-inflammation, température minimale

d’inflammation, énergie minimale d’inflammation

- Détermination expérimentale de quelques caractéristiques d’inflammabilité et d’explosivité des nuages

de poussières

o Indice de sévérité, indice de sensibilité, indice d’explosion

- Prévention et protection

o Mesures préventives : APR, inertage, élimination des sources ; réglementation (zones ATEX)

o Mesures protectrices : résistances à la pression, protection par isolement, par surpression, par

évents

- Exemples

Les Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (I.C.P.E.)

- Définition et responsabilité

- Moyens réglementaires, humains et financiers

o Régime de classement, Directives Seveso I et II, Plan d’Organisation d’Interne (POI), Plan

Particuliers d’Intervention (PPI), Maîtrise de l’urbanisme, Plan de Prévention des Risques

Technologiques (PPRT), …

- Chiffres clés et résultats

Management des risques

- Causes des accidents

- Modèles du processus de danger

- Processus de gestion des risques

o Recensement des risques

o Notions d’acceptabilité et de mitigation

- Analyse des risques : méthodes déductives et inductives ou mixtes et domaines d’application

o Arbre de défaillances : définition, construction, coupe minimale et barrières

o What-if : définition, construction

o Méthode HAZOP : objectifs, principe, limites et avantages

o Analyse Préliminaire des Risques(APR) : identification des dangers, évaluation et classement

des risques associés et propositions des mesures

o Arbre d’événements: Principe, étapes, probabilité, et structure

o Méthode AMDE(C) : Définition, structure et construction, notion de criticité

o Nœud Papillon : principe et applications

- Exemples

Mots clés

Fiches de données de sécurité (FDS) – Feux et explosions – Explosions de poussières – Hygiène industrielle -

Les DRIRE – SEVESO I et II – Risques électriques et directive ATEX – REACH – Le système SGH/CLP - Le

Responsable HSE –Méthodes d’analyse des risques – HAZOP – Arbre d’évènement – Arbre de défaillances –

What-if - Arbre des causes

Objectifs d’apprentissage

A la fin du cours, les élèves doivent pouvoir:

- Etre capable d’appréhender les risques chimiques à l’aide d’une FDS

- Faire l’analyse des risques d’un procédé au cours des phases de fonctionnement

- Démontrer la sureté de fonctionnement d’un procédé

- Mettre en place des barrières de sécurité sur un procédé (Prévention/Protection)

Responsable : Prof. Michael TATOULIAN

Période : Automne

Nombre d’heures : 18,5

Crédit ECTS : 1

TC.EG.3.3 Stratégie Industrielle

Volontariat International en Entreprise (VIE)

Propriété industrielle

Management stratégique

Colloques

TROISIÈME ANNEE DU CYCLE INGENIEUR

SEMESTRE 1

SPECIALISATION (30H-3ECTS PAR UE)

UE01 - Les médicaments issus des biotechnologies : protéines recombinantes, polysaccharides et acides

nucléiques .

Pascal Bigey

Le but de cette UE, à l’interface de la chimie et de la biologie, est de présenter à un chimiste de

formation tous les concepts qui lui permettront d’être un interlocuteur privilégié lors d'un projet en

biotechnologies.

Actuellement, environ la moitié des médicaments mis sur le marché correspondent à des molécules

chimiques classiques obtenues par synthèse ou hémisynthèse organique, l'autre moitié étant des molécules

issues des biotechnologies. Ces dernières sont également très utilisées en tant qu'outils diagnostic performants

ou vaccins, et génèrent annuellement un chiffre d'affaire de l'ordre de 300 milliards d'euros. Ces molécules

peuvent être produites par synthèse (peptides, saccharides ou acides nucléiques courts), extraits de tissus ou

du sang (polysaccharides, immunoglobulines) ou par cultures cellulaires (acides nucléiques longs, protéines).

Quel que soit le mode de production, la chimie intervient sur ces molécules au niveau de leur purification, par

exemple utilisant la chromatographie d’affinité, de leur analyse (spectrométrie de masse en particulier), de la

formulation d'administration, au niveau moléculaire pour obtenir des produits plus stables, ou encore par

modification chimique (acides nucléiques ou protéines modifiés, couplés). Il est important pour un ingénieur

chimiste d'avoir des notions de bases sur ces nouveaux médicaments très importants pour l'industrie

pharmaceutique, et promis à un fort développement.

Le séquençage entier du génome humain et des progrès techniques importants ont permis depuis le

début des années 2000 un développement considérable d’une nouvelle classe de produits pharmaceutiques

issus des biotechnologies. Ce sont des protéines recombinantes, des acides nucléiques courts, des

polysaccharides. Ils permettent d’ouvrir de nouveaux champs thérapeutiques dans des domaines qui n’étaient

pas accessibles par les petites molécules classiques produites jusqu’à présent par les industries du secteur.

Leurs domaines d’application sont larges, et leur développement en phase de croissance très rapide. Bien que

produits principalement par des outils biologiques, comme indiqué plus haut, la chimie est très présente dans

leur développement, aussi bien pour leur formulation que pour leur stabilisation, voire leur synthèse.

Cependant, pour différentes raisons, la France affiche un retard certain sur les autres pays développés dans ce

domaine crucial pour la santé et l’industrie pharmaceutique, amené à se développer largement dans un futur

proche.

Les différentes classes de produits biotechnologiques seront décrites, ainsi que leurs domaines

d’application, les problèmes relevant de leur production, de leur purification, de leur analyse, de leur

formulation et de leur stabilisation. Comme tous ces concepts seront peu familiers, l’essentiel de

l’enseignement se fera sous forme de cours présentiels. Les intervenants seront des enseignants chercheurs,

des chercheurs et des acteurs industriels issus de jeunes pousses.

A l’issu de la formation, les étudiants doivent suffisamment connaître les produits biotechnologiques

(classes, systèmes de production, analyse, principaux problèmes à résoudre avant mise sur le marché…) pour

leur permettre de s’intégrer rapidement dans la partie chimique d’un projet du secteur. Les étudiants auront

acquis les connaissances et concepts de base du domaine leur permettant d’être un interlocuteur fiable lors

d’un projet de biotechnologie.

Les enseignements présenteront les produits biotechnologiques sous différents aspects :

Une introduction, qui sera une description générale du fonctionnement de la cellule (sans entrer dans

les détails de la biochimie) et des grands polymères naturels que sont les acides nucléiques, les

polysaccharides et les protéines, et qui montrera l'intérêt de les utiliser comme médicaments

complémentaires des petites molécules.

les voies d'obtention de protéines recombinantes stables et leurs domaines applications : anticorps

monoclonaux, récepteurs solubles…

les différents acides nucléiques naturels et modifiés, leur synthèse chimique et leurs domaines

d’utilisation (aptamères, ARN interférants, oligonucléotides antisens ou employés pour le saut

d’exon…).

les polysaccharides, leur production et leurs domaines d’application.

les méthodes d’analyse des produits issus des biotechnologies.

une initiation aux concepts de transfert de gène à des fins de thérapie génique ou de vaccination,

notamment sur le plan de la formulation d'administration.

une initiation à la galénique et à la règlementation

une initiation aux nouvelles thérapies à base de cellules

une ou plusieurs interventions d'industriels : les protéines recombinantes dans les « big pharma », le

traitement des maladies rares et leurs enjeux industriels.

UE02 - Organocatalyse et chimie hétérocyclique contemporaine P. Toullec

La prise de conscience de la nécessaire remise en cause des modes de production des produits chimiques en liens

avec les impératifs économiques, sociaux et environnementaux a conduit les milieux politiques et scientifiques à

la création du concept de développement durable et à la définition de règles régissant la production de substances

chimiques en prenant en compte le cycle de vie des produits, l’utilisation de ressources renouvelables et de

procédés respectueux de l’environnement et regroupés sous l’acronyme de « chimie verte ».

L’organocatalyse a connu au cours des dernières années un fort développement directement lié à cette recherche

de nouvelles méthodologies synthétiques efficaces, faciles à mettre en œuvre, plus respectueuses de

l’environnement, hautement sélectives et industriellement applicables.

La nouveauté des concepts développés, le lien fort pouvant être établi avec la formation dispensée pendant les

deux premières années du cycle ingénieur ainsi que le fort impact industriel et le potentiel en termes

d’applications dans les années qui viennent doivent constituer un socle permettant une meilleure

professionnalisation des élèves au plus près des attentes des industriels des secteurs de la chimie fine et de la

pharmacie.

La chimie hétérocyclique est un sujet académique d'une importance industrielle considérable. La majorité des

chimistes organiciens qui travaillent dans l'industrie consacrent une part importante de leur temps avec les

composés hétérocycliques. Cela s'applique à l'industrie pharmaceutique, agrochimique, des colorants, des

additifs, et dans une mesure croissante aux industries des polymères et pétrochimique. Dans le domaine

pharmaceutique, la plupart des médicaments sont constitués d'hétérocycles. En effet, près de 90% des

médicaments que nous utilisons sont constitués de composés hétérocycliques, on peut citer à titre d’exemples

les analgésiques, les antibiotiques, les anti-inflammatoires non stéroïdiens, les anti-cancéreux, les anti-

infectieux, anti-tumoraux.

En mettant l’accent sur les nombreuses applications des hétérocycles dans l’industrie, notre proposition a

pour vocation de présenter aux futurs ingénieurs Chimie ParisTech des exemples industriels dans les

différents domaines évoqués.

Ce cours est conçu pour donner aux étudiants de niveau Master un aperçu de certaines des dernières avancées

dans les domaines de l’organocatalyse et de la chimie hétérocyclique.

L’enseignement magistral s’attachera à l’étude de synthèses de composés cycliques d’intérêt industriel dans

le but de dégager les grands principes régissant les domaines de l’organocatalyse et de la synthèse

hétérocyclique. Des cours magistraux seront dédiés à la préparation de ces hétérocycles, mais également aux

techniques d’analyses et de purifications modernes des hétérocycles. Des intervenants industriels viendront

illustrer les méthodologies étudiées, en détaillant les choix des cibles, les objectifs industriels et les

challenges associés au passage à la production. Les élèves seront amenés à conduire des projets

bibliographiques dans le but de se familiariser avec la recherche d’informations dans la littérature

scientifique.

Ce module à pour ambition de faire acquérir aux étudiants les compétences multiples permettant

d’appréhender la complexité des projets qui leur seront confiés dans l’industrie.

UE03 - Bioressources pour la chimie: bioraffinerie, biosynthons, biopolymères

P. Haquette

Mots-clés : bioressources – biomasse – bioraffinerie – bioprocédés – catalyse de polymérisation – chimie verte

Face au défi que représente la nécessité de trouver des alternatives aux ressources issues du pétrole, il est

indispensable à un ingénieur chimiste d’avoir une vision précise des potentialités présentées par la biomasse et

des procédés existants pour exploiter ces ressources végétales et animales. La pression économique et

environnementale grandissante va obliger les acteurs du secteur à déployer des efforts très importants en

Recherche et Développement pour mettre au point des procédés innovants permettant d’utiliser la biomasse de

façon rationnelle et durable.

Dans le contexte de la croissance verte, la chimie du végétal peut être une réponse à la dépendance de l’industrie

chimique aux ressources fossiles et un levier de croissance majeur pour la compétitivité et l’emploi. En effet,

l’industrie chimique est un secteur clé de l’économie française qui connait, depuis plusieurs années, une

mutation profonde de ses activités, poussée par la recherche d’alternatives aux ressources fossiles et de nouvelles

mesures législatives.

L’objectif de ce module est de mettre en évidence le formidable potentiel que représentent les ressources

végétales (biomasse) comme matières premières alternatives au pétrole pour la chimie et de présenter les

composés principaux issus de la biomasse (carbohydrates, acides gras, terpènes) ainsi que les procédés

(bioprocédés et procédés chimiques) utilisés pour transformer ces composés en synthons pour la chimie fine ou

la synthèse de polymères.

L’enseignement du module prendra la forme de cours, de TD sous forme de projets et d’interventions

d’industriels œuvrant dans le domaine des bioressources et de la bioraffinerie.

A l’issue de cet enseignement, les élèves ingénieurs chimistes auront acquis une connaissance des propriétés des

matières premières végétales, de leur composition, et des moyens chimiques et biotechnologiques permettant de

les transformer en produits à forte valeur ajoutée. Ces connaissances permettront de faciliter la mise en commun

des compétences entre agro-industriels, spécialistes des bioprocédés et chimistes. Cette intégration des

compétences représente un atout considérable dans la mise au point de nouveaux produits, molécules ou

procédés.

L’épuisement des ressources d’origine fossile et les nouvelles préoccupations environnementales conduisent à

une accélération des efforts de Recherche et Développement pour la mise au point de nouvelles technologies

basées sur l’utilisation de la biomasse. Ce module présente les principales ressources issues de la biomasse, leur

disponibilité et les moyens permettant de les transformer en « synthons » pour des applications en chimie fine,

pour la synthèse de polymères ou la préparation de produits de spécialité.

Contexte : Enjeux économiques et environnementaux

Biomasse : Composition

Principaux composés issus de la biomasse

Bioprocédés Qu’est ce qu’un bioprocédé ?

Application à la biomasse : bioraffinerie

Illustration par des exemples

Composés de base issus de la biomasse : les sucres, les acides gras, les terpènes

Production

Transformation enzymatique et/ou chimique

Obtention de molécules plateforme

Obtention de synthons à partir des molécules plateforme

Applications à la préparation de biosolvants, de tensioactifs, d’encres, …

Application à la synthèse de biomatériaux

Polymères naturels

Nouveaux polymères : biopolymères de synthèse

Biopolyéthylène et autres biopolyoléfines

Polymères biodégradables, applications spécifiques

Cas de l’acide lactique : de la biomasse au PLA et à la biodégradation ; cycle de vie

UE04 - Médicaments: des Robots & des Hommes…

Christian Girard

Cette UE propose de former les Ingénieurs-Chimistes au domaine de la chimie médicinale moderne. Elle fait

appel à des compétences pluridisciplinaires, que nous tentons d'inculquer à nos élèves, car elle demande des

connaissances aussi bien en chimie, qu'en biologie et en pharmacie. Ce sujet est et a toujours été à l'interface

de ces diverses disciplines et est en pleine mutation. Le domaine de la chimie médicinale et la recherche de

pointe s'adosse parfaitement aux activités des laboratoires académiques et industriels; surtout au niveau des

PME pour la recherche et la synthèse à façon, voire l'évaluation biologique, de banques de molécules. Elle

demande une forte part de créativité et de nouveauté, d'innovation et de développement technologique; pour

répondre aux besoins des entreprises. Elle ouvre également la voie à l'entreprenariat, plusieurs PME ayant vu

le jour dans ce domaine de recherche suite au ralentissement et la sous-traitance de la recherche dans les

grandes entreprises.

Objectifs pédagogiques:

- Compréhension des défis modernes de la recherche en chimie médicinale

- Apprentissage de la biologie et la biochimie reliées à l'activité des médicaments

- Découverte de la pharmacocinétique et des modes d'administration

- Apprentissage de la formulation médicamenteuse classique et moderne

- Maîtrise des différentes approches de conception du médicament

- Nouvelles techniques de production de banques de molécules et tests d'activité biologique (DOS,

synthèse et tests à moyen et haut débits)

- Découverte des techniques de synthèse et de criblage automatisées et miniaturisées

- Approches informatisées (Docking, QSAR, QSPR, criblage in silico)

- Toxicité, biocompatibilité et législation du médicament (AMM)

- Aspects industriels en recherche et développement

Compétences affichées:

- Chimie médicinale et pharmacologie

- Biologie et biochimie du médicament

- Cibles thérapeutiques anciennes et nouvelles

- Formulation pour le médicament

- Chimie de synthèse et nouvelles approches

- Législation et aspects industriels

Mots-clefs: Chimie Médicinale, Pharmacie, Biochimie, Biologie, Automatisation, Miniaturisation

De manière à acquérir une expertise en chimie, en biologie et en techniques modernes de l'ingénieur dans le

domaine de la chimie médicinale, les sujets suivants seront abordés:

- Grandes classes de médicaments (antibiotiques, antitumoraux, système nerveux central,

hypocholestérolémiants, etc.)

- Cycle du médicament (conception, étapes et tests, mise sur le marché, retrait, recyclage et destruction)

- Antibiotiques et Antitumoraux: cibles, biochimie, résistance

- Méthodes classiques et nouvelles de formulation et d'administration

- Devenir du médicament en milieu biologique: passage des barrières, pharmacocinétique

- Molécules actives, pro-actives, biotransformations in vivo

- Conception du médicament: approches classiques et novatrices

- Approches orientés vers la diversité (Diversity Oriented Synthesis ou DOS)

- Synthèse sur support solide et utilisant des catalyseurs supportés

- Méthodes de synthèse à moyen et haut débit (robotisation, flux continu, mini- et micro-réacteurs)

- Méthodes de criblage haut et moyen débit: automatisation, miniaturisation (puces à molécules)

- Approches informatisées: Docking, QSAR, QSPR, criblage in silico

- Toxicité, commercialisation et aspects légaux

UE05- Polymères de la synthèse aux propriétés

Christophe Thomas

L'utilisation de polymères fonctionnels constitue actuellement un enjeu majeur en recherche et

concerne des champs applicatifs variés tels que le domaine biomédical l'agroalimentaire ou l'environnement

(polymères dégradables).

Il n’existe pas pour le moment d’offre d’enseignement « généraliste » sur la science des polymères

au sein de chimie ParisTech. L'objectif de ce module est donc de fournir un contenu pédagogique permettant

de couvrir le vaste domaine des polymères en partant de la synthèse aux différentes applications des

polymères fonctionnels à propriétés spécifiques, en passant par l’étude de leurs propriétés physiques

(mécaniques en particulier).

Ce module se propose d’aborder la science des polymères sous son aspect pluridisciplinaire. Il combine

les éléments essentiels liés à la chimie de synthèse de ces matériaux à l’étude de l’ensemble de leurs propriétés

physiques.

La mise au point de nouvelles méthodes de synthèse et la préparation de polymères à architectures

complexes sont indispensables pour répondre aux besoins de nombreux domaines émergents ou à haute valeur

ajoutée (environnement, aérospatial, santé,…). Cette unité d’enseignement s’appuie sur les bases fondamentales

introduites en deuxième année du cursus ingénieur en discutant l’état de l’art des connaissances scientifiques sur

le contrôle des architectures macromoléculaires et les méthodes modernes de polymérisation. Elle propose

également de développer un enseignement avancé sur les relations «structure-propriétés» des systèmes

macromoléculaires, leurs propriétés mécaniques, leur comportement aux interfaces et les techniques de

caractérisation adaptées à l’analyse structurale des polymères en volume et aux interfaces.

Dans chaque domaine, les connaissances fondamentales enseignées seront illustrées par des applications

concrètes issues de développements industriels et/ou des activités de recherche actuelles.

Mots clés : Mécanismes de polymérisation, architectures macromoléculaires, propriétés physiques

UE06 – Elaboration et évolution des matériaux : un enjeu pour le patrimoine

Didier Gourier – Michel Menu

La maîtrise des matériaux a été, et reste un des moteurs de l’évolution des civilisations. Les matériaux,

généralement très complexes et variés (verres, céramiques, matériaux organiques et organométalliques, métaux,

…), ont d’abord été créés par l’homme, puis ont évolué dans un environnement lui-même variable (par exemple

de l’enfouissement jusqu’au au milieu final : le musée). Ces matériaux, témoins de l’histoire, gardent la mémoire

de leur origine et de leur évolution, imprimée dans leur structure à toutes les échelles allant de l’atome aux

échelles nano, micro et macroscopiques.

Cette thématique est donc pluridisciplinaire, à cheval entre physicochimie analytique, science des matériaux et

sciences humaines et sociales. Tous les matériaux (pas seulement ceux du patrimoine) évoluant sous l’action de

contraintes extérieures (environnement, usage, …), la compréhension de l’évolution des matériaux du passé doit

aider à comprendre et anticiper l’évolution des matériaux du présent. Cette thématique dépasse donc le cadre

stricte des matériaux du patrimoine, impliquant ainsi une ouverture sur le milieu industriel.

Le caractère pluridisciplinaire et les implications sociétales et économiques de ce thème sont donc parfaitement

adaptés à une formation d’ingénieurs comme celle de Chimie-ParisTech et, d’une manière générale, aux

étudiants de PSL.

Mots-clés : Matériaux complexes en évolution, élaboration, évolution, altération, conservation, caractérisation

physicochimique multi-échelle, patrimoine.

Chaque famille de matériaux sera abordée sous les 4 angles historique, élaboration, altération et conservation.

Contenu de la formation :

- Présentation du problème : les objets du patrimoine et leurs matériaux, déontologie, précautions et

protocoles et méthodes d’analyse spécifiques ;

- Céramiques : présentation chronologique de l’essor de la technologie de la céramique, comment les

verrous technologiques ont été dépassés.

- Matériaux vitreux : même schéma

- Les métaux : histoire de la métallurgie, corrosion (voir avec cours de métallurgie), patines,…

- Pigments, colorants, liants et vernis : Propriétés physiques et mécaniques des matériaux de la

matière picturale, interactions entre pigments et matrice organique, altération.

- La couleur des œuvres d’art : de la couleur aux autres attributs de l’apparence (brillance,

transparence, rugosité …). Définition, exemples, mesures, restitution numérique.

UE07- Molecular Surface Engineering – Formulation, properties & durability Kevin Ogle

Optimizing the functional lifetime of a material is a fundamental driving force for the development of new

materials and in fact has been a preoccupation of our civilization from prehistory to the present day. Important

contemporary keywords cluster around this theme such as "sustainable development", "environmental friendly",

"molecular and nanomaterials", "thin films". This UE will delve into this subject using a bottom up approach, or

how a molecular level understanding of a material may be translated into an application, as well as a top down

engineering approach, or how a market driving force is taken on by industrial R&D to give birth to new and

innovative products. The functionalities surveyed will focus on corrosion resistance however other

functionalities such as wettability & ease of cleaning, friction, ease of welding, polymer adherence, fingerprint

retention, color, reflectivity, gloss, dirt retention and biocide properties will be evoked.

A particular focus will be placed on the material science concepts necessary to understand and design new

hybrid organic / inorganic / metallic functionalized materials including the conceptualization and

characterization of innovative self healing materials. We will discuss the nucleation and growth mechanisms of

oxide thin films (chromate, phosphate, TiO2, ZrO2, etc.) on metal surfaces and the principles of bonding of

polymer films (polyurethane, epoxy, polyethylene, etc.) to the oxide film. We will investigate the role of these

films in protecting the underlying surface from environmental degradation by considering the specific

electrochemical mechanisms of degradation.

Some key concepts should include the following (depending upon the time allowed obviously)

1) Functional Surface Engineering - introduction

2) Electrochemical properties of surfaces

3) Electrochemical mechanisms of degradation

4) Molecular corrosion inhibitors

5) Passive materials and passive films

6) Mechanical properties of surfaces, friction and lubrification

7) Wetting and cleaning

8) Color, reflectivity, brilliance, gloss

9) Adhesion & adhesion testing – basic concepts and testing

10) Atmospheric corrosion: fundamental mechanisms for metallic and painted systems

11) Atmospheric and accelerated atmospheric corrosion testing

12) Anodization

13) Metallic coatings

14) Conversion coatings – oxides, phosphates, chromates, etc.

15) Conversion coatings – silanes, sol-gel, self assembling monolayers

16) Polymer coatings – basic physical organic chemistry and degradation mechanisms

17) Polymer coatings – properties and processing

18) Other materials: surface treatments for wood, stone, …

19) Industrial presentation 1 – ArcelorMittal, Coated steel automotive and building applications

20) Industrial presentation 2 – BASF (Münster), Paint formulations

21) Industrial presentation 3 – Henkel (Düsseldorf), Oxide thin films for polymer adhesion

UE08 – Surfaces, interfaces : sonder, contrôler et élaborer des surfaces à l’échelle nanométrique

Anouk Galtayries, Frédéric Wiame

Compte tenu de l’importance économique des surfaces et interfaces dans l’élaboration, l’utilisation et le

vieillissement des matériaux, dans l’industrie (adsorption, nanosciences et nanotechnologies, catalyse,

corrosion, matériaux pour le stockage de l’énergie, matériaux du patrimoine, industrie des semi-conducteurs,

empilements de couches ultra-minces pour l’optique, pour l’industrie des verres, technologie de

l’information, biocompatibilité, durabilité, inhibition, lubrification, adhésion, …), nous sommes en position

de force, à Chimie ParisTech, pour former les futurs ingénieurs chimistes au rôle des propriétés structurales et

chimiques des surfaces dans le comportement de différents types de matériaux. De façon corrélée, la

connaissance, à l’échelle nanométrique et atomique, des modifications chimiques, lors des étapes initiales de

réaction d’une surface, est essentielle pour la compréhension du comportement des matériaux et pour

anticiper et contrôler leurs propriétés et leur évolution. La réalisation de matériaux aux propriétés innovantes

passe par la caractérisation et le contrôle de la physico-chimie des surfaces à une échelle nanométrique.

Compétences à l’issue de la formation : Chaque étudiant devra être capable :

- d’identifier et discuter qualitativement les propriétés physico-chimiques d'une surface de nature

connue,

- d’expliquer le principe et les principales caractéristiques des techniques d’analyses enseignées,

- d’identifier les paramètres à prendre en compte pour la réalisation d’une expérience,

- d’interpréter et discuter de manière qualitative des résultats obtenus par les principales

techniques d’analyse de surface vues en cours,

- de proposer une méthodologie en vue de répondre à une question relative à une problématique

donnée.

Pour traiter en amont, d’un point de vue fondamental, un problème industriel lié à la réactivité des surfaces, la

question cruciale est celle du choix du système d’étude pour les meilleurs outils de caractérisation ou pour les

outils disponibles. Pour comprendre en aval (développement, contrôle qualité), les futurs ingénieurs en poste

pourront mieux évaluer l’apport de la caractérisation chimique et quantitative de surface, en particulier pour

des constats d’accident, vieillissement, défectuosité, fraude.

Le module, unique et attractif dans l’offre de cours des écoles d’ingénieurs chimistes françaises, sera

constitué d’une partie liée à la compréhension générale des propriétés structurales et électroniques des

surfaces, et des mécanismes atomiques intervenant dans la réactivité des surfaces. Il sera également composé

de présentations illustrées de techniques de caractérisation de pointe en chimie des surfaces pour « analyser

les surfaces », « voir les surfaces », « rechercher la structure des surfaces ». Les principales techniques,

fonctionnant sous ultra-haut vide, telles que XPS, ToF-SIMS, STM, et quelques autres (IRRAS, HREELS,

LEED, AFM) seront passées en revue afin de fournir aux élèves les bases des connaissances des principes et

des éléments de comparaison. L’approche théorique des surfaces dans le cadre de simulations numériques

sera également introduite comme un outil de caractérisation au même titre que les techniques expérimentales.

Plan du cours :

1) Introduction des concepts fondamentaux de la physico-chimie des surfaces.

- Définition d’une surface

- Pourquoi étudier les surfaces ?

- Structure et propriétés de surfaces idéales et réelles

- Rôle et influence des défauts sur les propriétés de surface

2) Adsorption et croissance de films ultra-minces.

- Adsorption d’atomes et de molécules

- Mobilité de surface et diffusion

- Modes de croissance, cinétique et épitaxie

- Croissance auto-organisée et nanostructuration

3) Notions de vide et ses applications.

- Utilité du vide

- Introduction à la production de vide

4) Analyse chimique et structurale à l’échelle atomique.

- Spectroscopies électroniques (AES, XPS, UPS, Photoémission sur synchrotron).

- Spectroscopies optiques optimisées pour la caractérisation de surfaces (IR, FT-IR, …).

- Spectroscopies de pertes d’énergie d’électrons (EELS, HREELS).

- Spectrométrie de masse d’ions secondaires (SIMS, ToF-SIMS).

- Spectroscopie de désorption thermique (TDS).

- Diffraction d’électrons (LEED, RHEED).

- Microscopies électroniques (SEM, TEM).

- Microscopies à champs proches (STM, AFM et techniques dérivées).

- Techniques de simulation numérique

Mots clés : Techniques d’analyse d’extrême surface (comparaisons, avantages/inconvénients), caractérisation

à l’échelle nanométrique, propriétés physico-chimique des surfaces, adsorption, mécanismes de croissance,

couches ultra-minces, réactions en surface.

UE09 Synthèse inorganique – Mise en forme – Matériaux fonctionnels

Domitille GIAUME

L’U.E. proposée ici traite notamment une préoccupation industrielle omniprésente dans tous les secteurs

d’application, la mise en forme et formulation des matériaux. Elle forme spécifiquement les futurs ingénieurs en

industrie à mettre en œuvre toutes leurs connaissances pour répondre à de nouvelles problématiques

industrielles.

Les enseignants-chercheurs et chercheurs de l’équipe RM2D de l’UMR Moissan sont particulièrement attachés à

répondre à des questionnements industriels pour mener leurs recherches, et ont ainsi développé de fortes

relations industrielles et une méthodologie de recherche adaptées pour cette unité d’enseignement.

Objectifs :

- Obj. 1 : Apporter aux futurs ingénieurs travaillant dans le domaine des matériaux des connaissances

indispensables et une culture générale essentielle, depuis la synthèse des matériaux jusqu’à leur

utilisation finale, en passant par leur mise en forme.

Il est donc attendu des étudiants l’acquisition de ces connaissances.

- Obj. 2 : Permettre aux étudiants de mettre en commun les connaissances acquises lors de cette unité

d’enseignement avec celles acquises lors des années précédentes du cycle ingénieur, dans le cadre

d’une problématique fixée par l’application finale.

- Obj. 3 : Familiariser les étudiants avec des problématiques industrielles et leur permettre de mieux

les appréhender dans le cadre de leurs futures fonctions, notamment lors de l’enseignement sur la

mis en forme des matériaux, et de la visite d’usine.

Il est attendu des étudiants une réflexion basée sur une application déterminée, et portant sur la nature des

matériaux à utiliser, leurs propriétés intrinsèques, la mise en forme, l’applicabilité industrielle… Celle –ci ne

sera pas évaluée, mais une contribution des étudiants lors du cours Matériaux fonctionnels leur permettra

d’acquérir cette réflexion éclairée.

- Obj. 4 : Permettre aux étudiants de traiter une problématique connexe, ou d’approfondir certaines

connaissances en faisant appel à des documents scientifiques en rapport avec celle-ci.

Le cours synthèse inorganique abordera différentes méthodes de synthèse de matériaux inorganiques,

principalement par des voies basse température. Notamment les voies de coprécipitation, de synthèse par voie

polymérique et par voie sol-gel seront détaillées. Les aspects chimiques de ces voies de synthèse, i.e. les

réactions permettant la formation du composé, le contrôle de la composition du matériau obtenu, de sa

stoechiométrie, les aspects cinétiques et thermodynamiques, le rôle de complexants ou autre additifs seront

explicités. D’autres aspects tels que le contrôle de la taille et de la forme des objets obtenus en fonction des

conditions expérimentales seront étudiés. Le cours insistera particulièrement sur la synthèse des objets de faible

taille, autrement dit submicrométriques et nanométriques.

Le cours mise en forme permettra d’aborder la problématique de la mise en forme des matériaux nanométriques,

ou de leur formulation. D’un point de vue physico-chimique, le contrôle des interactions entre ses différents

composants en fonction de leur nature chimique ou de leur forme, les propriétés obtenues, etc seront discutées

autour d’applications concrètes : formulation de peinture, de ciments… Un deuxième aspect, traitant plus

spécifiquement des techniques et outils mis en oeuvre lors de la mise en forme des matériaux sera étudié. A titre

d’exemple, des techniques de dépôt sous forme de films, de traitement de surface, de mise en forme

industriellement utilisées seront détaillées.

Le cours Matériaux fonctionnels donnera un aperçu des différentes fonctionnalités attendues d’un matériau, en

rapport avec des notions apprises au cours des 2 premières années. Par exemple, en fonction de la nature

chimique même du matériau, de sa structure, des propriétés catalytiques, électrochimiques, optiques ou de

conduction sont attendues ; En fonction de la taille et du caractère métallique d’objets, des propriétés optiques

particulières sont attendues pour des semi-conducteurs ou des particules métalliques ; en fonction de la

géométrie des objets, ces propriétés évoluent ou diffèrent… Les étudiants devront ici faire appel à leurs

connaissances et établir des liens entre chimie inorganique et structurale, et application dans des domaines divers

tels que celui des nouvelles énergies, en optique, cosmétique, bâtiment...

Une demi-journée sera consacrée à la visite d’une usine, a priori en région parisienne, mettant en œuvre les

notions qui auront été abordées pendant cette unité d’enseignement : cela peut se faire en rapport avec la partie

synthèse inorganique avec Isoverre, ou Saint-Gobain Aubervilliers (ou Thiais) à titre d’exemple ; en relation

avec la partie formulation, cela peut également se faire avec Saint-Gobain Aubervilliers, ou avec une entreprise

de peinture par exemple ; en relation avec les matériaux fonctionnels, une visite de Rhodia Aubervilliers, ou

encore de l’IRDEP peut être envisagée.

UE10- Des matériaux pour l’ingénieur, stratégies de choix des matériaux et des procédés Frédéric Prima

Nous sommes entrés dans une ère où de nouveaux matériaux, intelligents, multifonctionnels, hybrides

ou adaptables, émergent pour satisfaire de nouveaux besoins requis par des applications nouvelles ou par des

applications déjà existantes mais avec un niveau d’exigences plus pointu. Face à ces enjeux, de nouveaux outils

d’aide à la décision ont récemment vu le jour et parmi ceux-ci, des outils d’aide à la sélection et au choix des

matériaux et des procédés. Il s’agit d’un champ scientifique en forte croissance et fortement adossé à l’industrie.

Ce module aura pour vocation à venir compléter l’enseignement généraliste déjà dispensé à l’Ecole de chimie

dans le domaine des matériaux (Métallurgie, polymères, céramiques). Il repose d’autre part sur des outils

pédagogiques de plus en plus utilisés dans l’industrie et cela peut donc constituer un atout de plus pour la culture

scientifique de nos ingénieurs généralistes. Il constitue, enfin, une originalité en soit puisqu’il n’existe pas de

module pédagogique équivalent dans les établissements voisins.

Le module sera partagée entre :

- Un cours introductif général présentant les bases essentielles des stratégies de choix des matériaux :

- Introduction aux notions de contraintes, objectifs et fonctions

- Dérivation des indices de performances

- Influence des facteurs de forme

- Introduction au méthodes de choix de matériaux et procédés (cartes d’Ashby)

- Etudes de cas pratiques simples

- Une introduction à la résolution de cas pratiques simples utilisant le logiciel de choix des matériaux CES

EduPack 2012, de GRANTA dedign).

- La mise en place avec les étudiants d’un projet (un projet pour 2 élèves) basé sur la résolution d’un

problème industriel et visant à la proposition d’une solution technique adaptée et optimisée par les stratégies

de choix et sélection des matériaux.

- Deux cours/conférences, donnés par des chercheurs de l’industrie, sur le développement des solutions

« matériaux hybrides » et « matériaux multifonctionnels » dans l’industrie.

Mots clés : Matériaux, selection, performances,

UE11 - Métallurgie : Matériaux métalliques avancés

Frédéric Prima

L’industrie fait aujourd’hui face à de nouveaux enjeux, sur de nombreux marchés applicatifs clés (dans le

nucléaire, dans l’aéronautique, dans le biomédical...) ou liés à des besoins fonctionnels de plus en plus exigeants

(assembler, alléger, résister dans le temps et aux conditions extrêmes, etc...).

La nécessité d’alléger les structures conduit aujourd’hui les ingénieurs à inventer de nouveaux

matériaux métalliques capables de faire face à des niveaux de contraintes mécaniques ou environnementales

(température, corrosion) de plus en plus élevées ou à diminuer la densité des matériaux utilisés, tout en

conservant leur niveau de performances.

Enfin, de nouveaux concepts naissent et sont aujourd’hui intimement liés à la nécessaire prise en

compte des problèmes de ressources, d’éco-conception ou de cycle de vie.

L’objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants aux nouveaux enjeux de la métallurgie face à

ces défis. A partir d’exemples tirés des différents domaines de l’industrie, les exigences des cahiers des charges

seront mises en regard avec les performances des matériaux classiques et mettront en évidences les limitations de

ces matériaux. Ces faiblesses serviront de point de départ pour introduire les stratégies mises en place

aujourd’hui, par l’exploitation de nouveaux systèmes métalliques, de nouveaux procédés d’élaboration ou

d’assemblage pour développer de nouveaux matériaux capables de répondre aux exigences d’aujourd’hui et de

demain.

La métallurgie couvre un champ très vaste (diversité des matériaux concernés, des procédés et technologies

d’élaboration et de mise en en œuvre, et des domaines d’applications) et concerne tous grands secteurs de

l’économie.

Il paraît difficile de couvrir entièrement, en 30 heures, les différents concepts relevant de la métallurgie.

Nous avons donc pris le parti dans ce module de centrer l’enseignement sur les aspects liés à l’innovation

dans le domaine des matériaux métalliques. L’objectif de ce module est de sensibiliser les étudiants aux

développements les plus récents dans les domaines suivants :

• La conception de nouveaux matériaux métalliques : matériaux architecturés, alliages multifonctionnels,

nanomatériaux, verres métalliques, composites à matrice métalliques (CMM) ou les mousses métalliques

• Les nouveaux procédés d’élaboration (fusion par faisceau d’électrons, prototypage laser, déformation

plastique sévère, Spark Plasma Sintering)

• Les nouvelles stratégies d’assemblage (Faiseaux d’électron, Laser, Friction Stir welding…)

• le comportement mécanique multi échelle, du micro au macro : confrontation modélisation/expérience

• Les nouvelles techniques de caractérisation (lignes de hautes énergie/synchrotron, techniques de tomographie,

techniques d’observation à l’échelle atomique…)

Le contenu scientifique du module d’enseignement sera centré autour de la notion de nouveaux matériaux

dans son sens le plus large. Il permettra d’appréhender les stratégies de conception de matériaux avec de

nouvelles propriétés (matériaux multifonctionnels, nanomatériaux, matériaux à gradients de propriétés) mais

présentera aussi le potentiel d’innovation en matière de méthodes d’élaboration ou d’assemblage. Il mettra

enfin d’accent sur le développement nécessaire des aspects liés à la prédictibilité des propriétés finales

(modélisation des propriétés aux différentes échelles d’observation) et sur les développements expérimentaux

et méthodologiques (nouvelles méthodes de caractérisation tels que les grands instruments) qui

accompagnent cette recherche.

Ces aspects seront développés et mis en perspective par l’étude de champs applicatifs particuliers

tels que l’aéronautique et les transports (problématique de l’allègement des structures), le nucléaire (tenue et

durabilité des structures), ou le biomédical (développement de matériaux multifonctionnels…) et seront

présentés aux élèves par des chercheurs de l’industrie dans ces différents domaines d’application.

UE12 - De l’éco-conception au recyclage Anne Varenne

Les principaux enjeux du 21ème siècle nécessitent tous d’apporter une réflexion globale sur la gestion des

ressources naturelles et l’impact des produits et procédés sur l’environnement, et donc une innovation importante

autour de l’éco-conception, du cycle de vie, de la gestion des déchets et du recyclage. Dans ce contexte, les

ingénieurs chimistes ont toute leur place pour participer à cette innovation et proposer des solutions nouvelles.

Le modèle de l’économie circulaire semble être une des réponses globales les plus crédibles à la vision

écologique de l’industrie. Elle consiste à réutiliser au maximum les matières premières et l’énergie pour éviter

tout gaspillage, ce qui devrait générer dans sa configuration maximale, jusqu’à 40% d’économies d’énergie et de

matières premières. L’économie circulaire oblige à penser les flux de matières premières (biologiques et

chimiques) dès la conception des produits pour les réemployer totalement dans une nouvelle production. Au

niveau mondial, 4 milliards de tonnes de déchets sont générées chaque année et ce chiffre devrait augmenter de

40% jusqu’à 2020. Cette approche bénéficierait à de nombreux secteurs : automobile, équipements industriels,

électricité, électronique grand public, textile, construction, ….. Cette réflexion est en parfaite continuation du

principe de “chimie verte” qui traite de matières premières, ressources renouvelables, empreinte

environnementale, avec des considérations de toxicité, économie et analyse du cyle de vie.

Les différentes thématiques abordées (éco-conception, gestion des déchets, recyclage) sont intimement liées

dans la vision globale de l’analyse du cycle de vie. Cette formation a pour vocation à apporter une vision

« macro-économique » des différentes dimensions environnementales à prendre en compte depuis la

conception d’un produit, jusqu’à sa fin de vie. Elle met en avant la nécessité d’innover sur les principes

généraux de conception et recyclage, car les différentes dimensions expliquées sont encore très

insuffisamment prises en compte dans l’industrie alors même qu’elles constitueront une force motrice

majeure dans un avenir proche.

Les actions d’éco-conception consistent à optimiser les solutions techniques, industrielles ou

logistiques, de manière à réduire les impacts environnementaux et à conserver la qualité du produit. C’est une

démarche multi-critères (ressources, performance et durabilité des matériaux, libération d’effluents ou de gaz

polluants, production de déchets…) et multi-étapes (de l'extraction des matières 1ères

à la fin de vie du produit

et son recyclage éventuel). La principale notion abordée sera celle de « contenu énergétique » d’un matériau

ou d’un produit ; elle sera décrite en détail car c’est la notion essentielle qui sous-tend le principe d’éco-

conception. Les étudiants seront amenés à faire un « éco-audit » d’un produit simple, prenant en compte tous

les critères importants. La démarche globale d’éco-conception sera décrite sur la base des paramètres

suivants : (1) stratégie de sélection optimisées des matériaux, (2) procédés de fabrication, (3) utilisation :

optimisation des performance vis à vis d’un cahier des charges et (4) fin de vie (valorisation, recyclage).

La gestion des déchets et ses enjeux seront abordés à travers les notions de (1) ressources, et leur

consommation (base de ressources, réserves, indices d'épuisement, notion de « urban mines »), (2)

transformation de la matière en fin de vie (modes de traitement, enfouissement, valorisation énergétique, état

des lieux géo-politique) et (3) instruments économiques et législatifs dans la réglementation européenne. Une

étude de la gestion des déchets issus du « produit » étudié durant le projet sera donc effectuée.

Le recyclage sera ensuite abordé, avec une présentation de l’organisation de la chaîne (« responsabilité

élargie des producteurs » et éco-organismes), performances, limitations, verrous et orientations actuelles. Les

différentes interactions entre la chimie et le recyclage seront présentées autant au niveau du génie des procédés

au sens large (incluant les biotechnologies), des sciences des matériaux que des sciences analytiques. La

synergie de ces expertises permet d’envisager de développer ou d’imaginer de nouveaux processii de recyclage

(upcycling par exemple). Dans ce contexte, la chimie analytique est de plus en plus liée au terme recyclage par

sa contribution pour l’analyse et la caractérisation des produits recyclé , et pour le développement de nouvelles

méthodologies analytiques de recyclage. De plus, les biotechnologies offrent des moyens originaux pour la

valorisation et le recyclage de différents types de déchets : recyclage de l’eau, recyclage des métaux…. Enfin,

une approche du recyclage par les sciences humaines et sociales sera abordée par une intervention du Dr. Valérie

Guillard (Université de Dauphine) concernant la psychologie du consommateur en ce qui concerne le recyclage.

Ces différentes approches permettront au groupe de travail d’identifier des voies de recyclages existantes, en

réflexion au stade académique et d’être force de proposition pour proposer de nouvelles voies non encore

explorées.

UE13 - Modification de surface des matériaux par procédés voies humides et voies sèches Frédéric ROUSSEAU

L’enseignement proposé ici est dédié aux élèves ingénieurs qui souhaitent faire une carrière en R&D ou une

thèse après leur cursus. Cet UE a pour objectif de présenter les différents procédés voie humide et voie sèche

utilisés ou développés par les laboratoires de recherche et par l’industrie (i) pour modifier les propriétés de

surface des matériaux, (ii) déposer des couches minces fonctionnalisantes. La formation reprendra les

compétences de l’école dans ce domaine et utilisera le matériel scientifique disponible dans différentes

équipes de recherche de l’ENSCP. L’objectif est de montrer les avantages, les inconvénients et les

spécificités des différents traitements de surface par voie humide / sèche. Ce module s’appuiera à la fois sur

un socle fondamental et appliqué. Il sera nourri d’exemples récents montrant des modifications de surfaces

réalisées tant au niveau des laboratoires de recherche que de l’industrie (pharmaceutique, catalyse, énergie,

aéronautique…). Nous insisterons justement sur le développement à l’ENSCP de techniques de modification

de surface innovantes pour des applications aussi diverses que les micros réacteurs, les turbines

aéronautiques, ou bien encore les (bio)capteurs, la microélectronique et les nanotechnologies, les vitrages.

Procédés voie humide

Revêtement et fonctionnalisation par voie électrochimique : nettoyage des surfaces, revêtements métalliques

(électrodépôt de métaux), revêtement par des couches organiques

Méthodes de dépôts de solutions : sol-gel, trempage, centrifugation, sprays.

fonctionnalisation (bio)chimique pour applications capteurs ou biomédicales

Procédés voie sèche

Présentation détaillés des techniques plasmas : définition d’un plasma, présentation des différentes catégories

de plasmas, interaction plasma/matériaux

Présentation d’exemple de traitements de surface par les techniques plasmas : couche organique-inorganique

pour des applications allant du biomédical aux barrières thermiques employés dans l’aérospatial) /

Comparaison avec d’autres procédés voies sèches modernes type Sputtering, Atomic Layer Deposition ou

Electron Beam Physical Vapor Deposition.

Mots clés : dépôts de couches minces, traitement de surface, hydrophile / hydrophobe,

inorganique/organique, engineering des surfaces, procédés, plasma, électrochimie, colloide, sol gel,

pulvérisation, Chemical Vapor Deposition, Physical Vapor Deposition, analyses des surfaces.

Matériels scientifiques disponibles pour réaliser les traitements de surface : 1 réacteur MOPECVD (Metal

Organic Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 1 réacteur PECVD semi industriel, 2 réacteurs LPPR

(Low Power Plasma Reactor), 1 réacteur à générateur micro-ondes semi industriel.

Techniques d’analyse pouvant être couplées aux procédés : un spectromètre d’émission optique et un

spectromètre de masse pour identifier les espèces chimiques.

Techniques d’analyses des surfaces disponibles : 1 microscope optique (morphologie), 1 ellipsomètre

(mesure de l’épaisseur) et reflectométrie X, un angle de contact, un spectromètre IRTF (composition,

fonctions chimiques), un banc de mesure d’impédance (propriétés électriques).

UE14- Maîtrise des Risques Chimiques des Procédés Industrie ls Cédric Guyon

La sureté de fonctionnement d’un procédé reste un problème clé pour le secteur de l’industrie

chimique et pétrochimique. De nombreux accidents industriels ont été provoqués par des réactions dont la

mise en œuvre n’a pas été expérimentée (emballement thermique, réaction secondaire non contrôlée, scénario

non envisagé…). La sécurité de la réaction chimique reste donc un sujet d’actualité auquel il faut apporter des

solutions. L’enseignement proposé ici est dédié aux élèves souhaitant réaliser une carrière en production

(secteur de la réactivité chimique), dans la simulation des Procédés ou dans le secteur Hygiène et Sécurité.

Compétences affichées à l’issue de la formation :

Les élèves ayant suivi cet enseignement seront capables de :

Déterminer les paramètres importants d’une réaction chimique à partir des techniques

calorimétriques (enthalpie de réaction et de décomposition, vitesse de réaction, TMRad : Time to

Maximun Rate under adiabatic conditions, phénomènes auto-catalytiques, SADT : Self-Accelerating

Decomposition Temperature …)

Savoir simuler un procédé industriel sur un grand logiciel en temps réel (Aspen plus, Aspen Hysys

dynamique) et de thermocinétique avancée (AKTS®) afin de prédire toutes dérives du procédé.

Savoir mettre un procédé chimique en sécurité en validant son intégrité opérationnelle (démarrage,

régime permanent, arrêt de l’installation) par les méthodes d’analyse des risques (méthode HAZOP,

arbre des causes, nœud papillon…).

Le projet d’enseignement proposé peut ainsi se décomposer en 3 tâches distinctes et complémentaires.

Tâche 1 : Détermination de la stabilité thermique des réactifs et des produits utilisés au cours d’un procédé

chimique.

La technique utilisée pour effectuer ces mesures est la calorimétrie. Elle permet de déterminer les paramètres

assurant un équilibre thermique. Les calorimètres peuvent simuler les conditions de température, de pression

et les opérations (mélange, mixage, etc...) rencontrées dans l'industrie. Notre calorimètre de réaction

différentiel (SETARAM type DRC) nous permet d'accéder rapidement aux grandeurs thermodynamiques

importantes liées aux mélanges de produits chimiques liquide-liquide ou liquide-gaz : chaleur de réaction,

chaleur de mélange, temps de réaction, élévations maximales de température lors de la réaction, suivi des

cinétiques de réaction, taux de conversion, capacités calorifiques...

Le principe de l'analyse thermique différentielle est simple. C’est une mesure, en continu, d’une différence de

température ΔT entre un réacteur de mesure (siège de la réaction à étudier) et un réacteur de référence qui

contient un solvant aux propriétés chimiques et physiques proches de celles des réactifs introduits dans le

réacteur de façon à obtenir un thermogramme, duquel nous déduisons la chaleur dégagée dans le milieu

réactionnel. Un simple étalonnage de l’appareil par Effet Joule avant et après la réaction permet de connaître

le produit du coefficient de transfert par la surface d’échange, UA. La première étape de cette étude sera donc

d’évaluer la stabilité des systèmes étudiés. Le but étant de fournir des données fiables permettant de

dimensionner les systèmes pour s’assurer que la totalité de la chaleur dégagée lors d'une réaction chimique

puisse être rapidement évacuée. La seconde étape sera de faire une étude des changements de phase (fusion,

cristallisation, évaporation, transition vitreuse), des cinétiques de réaction (polymérisation, décomposition) et

de mesurer la capacité calorifique des mélanges étudiés en utilisant le calorimètre de mélange et de réaction

(SETARAM type DSC131). Cet appareil permet un retraitement informatique des résultats obtenus à l’aide

de logiciels de thermocinétique avancée, ce qui n’est pas le cas du calorimètre de réaction différentiel (DRC)

Tache 2 : Analyse cinétique des données.

L’utilisation d’un logiciel de thermocinétique avancée (AKTS®-Thermokinetics) permet une analyse

cinétique rapide des données DSC. Cette technique permet de fournir les caractéristiques et les

comportements des substances examinées. La méthode débute par la détermination des paramètres cinétiques

pour une substance donnée. Les paramètres sont ensuite utilisés afin de prévoir la progression de la réaction

pour une grande échelle de variation des températures et des contraintes thermiques de différents types. Le

comportement expérimental du vieillissement thermique sur de telles réactions est très difficile à

températures ambiantes (nécessité de très longs temps de mesures). La vitesse et la progression des réactions

peuvent alors être évaluées très précisément sous différentes conditions thermiques (type isotherme,

balayage, par palier, modulé, périodique et par élévation rapide de température : choc thermique). L’objectif

principal est de déterminer l’évolution de la réaction et la stabilité thermique des produits (dégradation /

transformation) à l’aide de profils annuels de températures correspondant à différents types de climats avec

les variations journalières minimales et maximales de la température. Cette étude passe au préalable par la

détermination des paramètres cinétiques (énergie d'activation E et pré-facteur exponentiel de l'équation

d'Arrhenius A) et du Time to Maximum Rate under adiabatic conditions (TMRad).

Tache 3 : Simulation en mode dynamique et analyse des risques des procédés étudiés.

La volonté de cette étude est de coupler les résultats expérimentaux (donnée thermodynamiques et cinétiques)

obtenus lors des tâches 1 et 2 pour concevoir et dimensionner une unité de production à l’aide d’un outil de

simulation (Aspen Hysys® statique, Aspen plus®). Le passage de ces simulations en mode dynamique

(Aspen Hysys®, Aspen Dynamics®) permettra de simuler le fonctionnement de l’installation en régime

transitoire, en introduisant tous les éléments nécessaires à la régulation en temps réel (vannes, régulateur

PID…). Les contrôleurs seront ajoutés pour maintenir les conditions de débit, de pression et de température

dans le procédé. Une attention toute particulière sera portée sur les réacteurs en observant leurs conditions

limites de fonctionnement afin de palier à toutes dérives du procédé et d’éviter les emballements thermiques.

Le couplage de ce travail avec une analyse de risques (méthode HAZOP, arbre des causes, nœud papillon…)

va permettre de valider l’intégrité opérationnelle du procédé à toutes les étapes (démarrage, régime

permanent, arrêt de l’installation), afin d’en établir les causes et conséquence des dérives, et de proposer des

actions correctives sur le procédé.

Mots clés : Risques chimiques, sureté de fonctionnement des procédés, emballement thermique,

simulation des procédés (Aspen®, Aspen Hysys® dynamic), stabilité thermique des composés

chimiques, calorimétrie (DSC/DRC), méthodes d’analyse des risques

UE15 Calcul des matériels & évaluation économique d'une installation industrielle

En coopération avec l’IFP School

Dans le domaine de la production, les installations de fabrication traitant des fluides, les matériels utilisés en

transfert d'énergie (pompes, compresseurs, turbines, échangeurs de chaleur) ont un poids important concernant

les performances tant techniques qu'économiques. Ce type d’enseignement est capital pour des élèves

ingénieurs souhaitant s’orienter vers le domaine de la production.

Dans cette unité d’enseignement, il sera présenté les principaux appareillages utilisés en transport de fluides et

en échange de chaleur, leur principe de fonctionnement, les conditions d’utilisation, leur rôle dans les

procédés. Dans une seconde partie, les étudiants devront à partir de résultats obtenus par simulation, de

dimensionner les matériels et équipements concernés, d’en évaluer les coûts opératoires et d’investissement.

L'enseignement comportera :

Transfert de masse (définition, thermodynamique et application à l’industrie)

Mécanismes de diffusion dans différents milieux (gaz, liquide, solide (cristallins, poreux), membranes)

Transfert simultané de chaleur et de masse

Matériel de contactage liquide-vapeur

Mise en œuvre industrielle de la distillation

Dimensionnement sommaire des colonnes de distillation

Nombre de plateaux

Ballon de reflux

Echangeurs à faisceau et à calandre

Aérocondenseurs

Pompes

Projet déisopentaniseur

Evaluation économique de l’installation

Calcul économique

UE16 Contrôle et mise à l’échelle des procédés

En coopération avec l’IFP School

Le pilotage de procédés industriels exige une approche dynamique du risque et des grandes variables de

sécurité et de régulation afin d'approcher la notion de production en temps réel. L'approche ne peut se faire

qu'à travers des simulateurs d'unités industrielles réelles, capables d'apporter aux jeunes ingénieurs une

expérience et une compréhension des problèmes posés en exploitation.

Dans cette unité d’enseignement, les élèves seront capable d’élaborer un schéma bloc, de déterminer le type de

boucle de régulation à mettre en place, d’analyser la réponse des systèmes régulés (constante de temps, de

retard et de montée), de décrire les types de régulateur et leur comportement et de justifier le choix d’un

régulateur (stabilité, précision, amortissement, rapidité régulation). Enfin des séances de Travaux Pratiques

(14h) sont prévues à l’IFP School sur des bâtis industriels : Application à l'étude sur simulateur dynamique des

stratégies de régulation appliquée à une colonne de distillation industrielle (le choix de l’UE Calcul des

matériels & évaluation économique d'une installation industrielle est fortement conseillée)

Fondements des systèmes de régulation

Systèmes de surveillance

Symbolisme des instruments

Dynamique des systèmes

Capteurs primaire – Niveau

Calcul opérationnel

Fonctions de transfert : Cuve cylindrique - Association des fonctions de transfert

Classification des procédés – choix d’un modèle

Procédé «auto-régulant »

Procédé « intégrateur »

Le régulateur : nature, lien avec le procédé

Le régulateur P.I.D

Régulateur en boucle ouverte

Régulateur en boucle fermée

Réaction face à une perturbation

Régulation en distillation

Rôles des échangeurs et terminologie

Projet des réseaux des échangeurs de chaleur

Etude sur simulateur dynamique des stratégies de régulation

UE17 Intensification des procédés

Michael Tatoulian

L’enseignement proposé dans cette UE souligne les enjeux industriels de l’intensification des procédés qui

consiste à concevoir des procédés plus compacts et plus économiques, dont la capacité de production est de

plusieurs fois supérieure à celle d’un procédé conventionnel. Cette démarche d’intensification s’inscrit dans

un contexte de développement durable et répond aux enjeux environnementaux (procédés plus sûrs, moins

consommateurs d’énergie, de solvants), économiques (réduction des volumes des installations), sociétaux

(compétitivité de l’industrie chimique renforcée). Les exemples de recherches et de développements

industriels soulignent également l’aspect hautement pluridisciplinaire de cette thématique en forte extension,

impliquant les secteurs de la chimie moléculaire (synthèse en microréacteurs), des procédés (extraction en

hydrométallurgie et secteur pétrolier, traitement polluants liquides/gaz), et des sciences analytiques

(Laboratoires sur puces).

Intensification des procédés

Principe et contexte

Principes physiques pour les microsystèmes

Hydrodynamique, transferts thermiques et transferts de masse à petite échelle

Eléments de base procédés de microfabrication

- Techniques Silicium/verre (Techniques de lithographies, PVD (Evaporation, plasmas, pulvérisation)

–Fonctionnalisation chimique de surface (CVD, PECVD, MOPECVD, LPCVD, voie sol-gel) –

Techniques de gravure physique (RIE, Ion Beam ecthing, DRIE) et chimique – Techniques de

collage –

- Techniques polymères (PDMS, PMMA, COC, THV) pour systèmes microfluidiques– Traitement de

surface

Domaines d’application en systèmes microfluidiques et microréacteurs : étude de cas

La formation sera suivie d’un certain nombre d'études sur l'application de réacteurs intensifiés en chimie fine

en indiquant une comparaison directe des résultats obtenus en réacteurs agités discontinus et en réacteurs

continus intensifiés. L’accent sera porté sur des exemples illustrant un nombre d’application allant de la

synthèse chimique, aux procédés d’extraction et la séparation ainsi qu’au traitement d’effluents liquides ou

gazeux.

- TRAVAUX PRATIQUES : 14h

Le but des travaux pratiques est de pouvoir mettre en œuvre les principes de base acquis pour développer un

microsystème, comprenant les étapes suivantes : Définition de la géométrie canaux – Moulage – Technique

de collage – passage de connectiques, techniques de fonctionnalisation.

Mots clés : microfluidique, lab on a chip, microréacteurs, microfabrication, fonctionnalisation de surfaces

(voie plasma, voie liquide), transferts thermique, hydrodynamique, procédés chimiques à petite échelle,

développement durable, Réactions catalytiques hétérogènes, extraction liquide-liquide, Traitements des

effluents gazeux et liquides, procédés propres

UE18 Microbiologie Appliquée et Bioprocédés

Michel Minier

Qu’ils soient indésirables, ou au contraire recherchés et exploités par les humains, les micro-organismes jouent

un rôle majeur dans des secteurs économiques extrêmement variés (Agro-alimentaire, Cosmétiques, Energies

renouvelables, Santé, Traitements des eaux, Corrosion des matériaux, Hydrométallurgie, etc.). Ils se trouvent au

cœur d’un grand nombre d’activités industrielles, et ce de plus en plus, du fait de la tendance actuelle à

rechercher des substituts renouvelables ou « certifiés biologiques », aux molécules de synthèse issues de la

pétrochimie. Nos futurs ingénieurs chimistes généralistes ne pourront que mieux participer aux révolutions

industrielles qui se dessinent, s’ils sont armés de connaissances solides en biotechnologie.

Chaque fois qu’il sera possible, la description d’une particularité biologique sera associée à une conséquence

dans le domaine des applications.

1- Cellules microbiennes : Structure et physiologie - méthodes de caractérisation.

Exemples : Bactéries, levures, micro-algues, cellules animales et végétales.

Applications : production de protéines recombinées, biosynthèse de polysaccharides pour la cosmétique,

microbiote épidermique, agents anti-microbiens.

2- Métabolismes microbiens : Point de vue des cellules et exploitation par les humains.

Applications : Productions de biocarburants (solvants, triglycérides, hydrogène, méthane), traitements des eaux,

produits agro-alimentaires et cosmétiques, biohydrométallurgie.

3- Génie microbiologique :

- Croissance et production microbiennes : Description, Mesures, Modèles Cinétiques.

- Mise en œuvre et mode de fonctionnement des bioréacteurs – Détermination des transferts gaz-liquide (KLa) en

fermenteur.

UE19 Cosmétique pour l’Ingénieur

Michel Minier

L’industrie cosmétique constitue un bassin d’emploi important pour les ingénieurs chimistes, en particulier pour

ceux formés à Chimie ParisTech. Au niveau mondial, la France tient encore la toute première place du secteur

cosmétique, tant grâce à son image historique de « Référence » dans les produits du luxe que grâce au

dynamisme de son industrie dans la recherche et le développement de produits et de procédés de production

innovants. Ces innovations sont, aujourd’hui plus que jamais, nécessaires pour répondre aux récentes prises de

conscience de l’importance de l’impact environnemental et sociétal des activités humaines et aux exigences

toujours plus grandes des consommateurs vis à vis de l’efficacité et de la sécurité des produits et d’une certaine

éthique industrielle. D’où un intérêt croissant du secteur de la cosmétique pour les ressources naturelles et les

biotechnologies, tout en multipliant les efforts entrepris pour développer une chimie « plus verte ».

Contenu scientifique :

1- La peau : structure et fonctions.

2- Matières premières naturelles et synthétiques.

- Chimie des arômes et des colorants.

- Pigments minéraux

- Mise en œuvre des corps gras en formulation cosmétique

- Polysaccharides in Cosmetics : Rheology / Structure relationship

- Ingrédients cosmétiques dits actifs : Activités et revendications associées »

3- Rhéologie : théorie et applications

4- Procédés de production

- Eco-conception des procédés

- Exemple de la gestion d’un atelier de production de céramides

UE20 Physicochimie et formulation des colloïdes et systèmes auto-associatifs

Valérie Cabuil

Cette Unité d'Enseignement s'inscrit dans tout parcours relatif à la formulation et en particulier la formulation

pour la cosmétique. Il s'agit de fournir les outils de physicochimie permettant d'aborder la formulation avec

les bases fondamentales indispensables à la mise en place de démarches innovantes dans ce domaine

toujours en pleine expansion. De nouvelles matières premières, de nouveaux procédés doivent être considérés

pour répondre aux exigences toujours plus grandes des consommateurs vis à vis de l’efficacité et de la

sécurité des produits et en termes d'éthique industrielle et sécurité environnementale. Cela pose de nouveaux

problèmes de formulation qui sont de réels défis pour les industriels concernés et interpellent les services de

R&D. L'empirisme et le "savoir-faire" parfois mis en avant dans ce domaine ne sont pas suffisants pour

aborder ces défis et toutes les connaissances récentes de physicochimie expérimentale doivent être

mobilisées pour proposer des solutions innovantes.

- Concepts de base de thermodynamique et de physico-chimie des systèmes dispersés: interactions,

pression osmotique, transitions de phase (systèmes isotropes et anisotropes

- Emulsions, micro-émulsions, émulsions multiples, mousses, aérosol, dispersions liquide-solide

- Rôle des polymères : Application à la formulation.

- Liposomes

- Une étude de cas

UE21 Imageries médicales: Avancées et défis Christian Girard

Cette UE propose de former les Ingénieurs-Chimistes au domaine de l'imagerie médicale. Elle fait appel à des

compétences pluridisciplinaires, une des caractéristiques de nos élèves, car elle demande des connaissances

aussi bien en chimie, qu'en physique, en biologie et en médecine. Cette thématique se situe donc dans une

réelle zone d'interface et qui, de plus, est en constante ébullition. Le domaine de l'imagerie médicale est

devenue une spécialité réelle et la recherche de pointe s'adosse parfaitement aux activités des laboratoires

académiques et industriels. Elle demande une forte part de créativité et de nouveauté, d'innovation et de

développement technologique; pour répondre aux besoins des entreprises. Elle ouvre également la voie à

l'entreprenariat, plusieurs PME ayant vu le jour dans ce domaine de recherche.

Compétences affichées:

- Synthèse organique, inorganique et physico-chimie (des agents d'imagerie, des techniques de

greffage, des objets, etc.)

- Maîtrise de la théorie des phénomènes et des techniques d'imagerie

- Connaissance des diverses techniques (US, EPR, IRM, optique, X, nucléaire)

- Connaissances biologiques nécessaires à l'imagerie

- Législation et aspects industriels

De manière à acquérir une expertise en chimie des techniques modernes d'imagerie, et en particulier l'imagerie

moléculaire et fonctionnelle utilisant des agents de contraste et le ciblage, et les développements techniques y

étant reliés, les sujets suivants seront abordés:

- Les différents types d'imagerie: énergies, contraintes, applications et défis

- Etudes des imageries médicales: échographie (ultrasons), résonance paramagnétique électronique,

résonance magnétique nucléaire, imagerie optique (fluorescence, phosphorescence, luminescence),

rayons-X et nucléaire (scintigraphie, tomographie par émission de positon (TEP), tomographie par

émission monophotonique (TEMP))

- Pour chaque technique: principes, domaines d'application, contraintes, sondes d'imageries et

amélioration du contraste, nouvelles approches et défis

- Objets utilisés pour les imageries: molécules, complexants, liposome, particules

- Méthodes de greffage / couplage pour la synthèse et la fonctionnalisation des objets

- Vectorisation et ciblage spécifique: bases biologiques et cibles cellulaires

- Nouvelles architectures nanoparticulaires (fonctionnalisation, ciblage, imagerie multimodale, utilisation

en recherche préclinique)

- Bioorthogonalité et imagerie moléculaire, cellulaire et fonctionnelle

- Toxicité, commercialisation et aspects légaux

UE22 Procédés innovants pour l’analyse et le diagnostic : Conception et miniaturisation

Fanny d’Orlyé

L’objectif de cet UE est de former des ingénieurs possédant des compétences scientifiques et technologiques

de pointe dans le domaine des sciences analytiques et de la miniaturisation des systèmes analytiques pour la

conception de laboratoires sur puces. Grâce à un enseignement adossé à la recherche et en lien avec

l’industrie, les étudiants se verront en mesure de développer des concepts, des instruments et des méthodes

innovantes en réponse aux problématiques actuelles du domaine de l’analyse et du diagnostic (analyses

rapides, à bas cout et haut débit, sensibles et spécifiques, transportables sur site ou adaptées aux milieux

confinés, et à faible impact environnemental). Cette formation, donnée dans un esprit généraliste, se situe à

l’interface de la chimie supramoléculaire, de la chimie des colloïdes, des matériaux, du génie des procédés et

des biotechnologies. Elle s’appliquera au contrôle et à l'optimisation de procédés industriels dans les secteurs

de l’agroalimentaire, de l’énergie nucléaire ou photovoltaïque et de la santé. Ainsi, à l’issue de ces

enseignements, l’expertise acquise par les étudiants de Chimie ParisTech leur permettra autant de s’insérer

dans le milieu professionnel, au sein d’un grand groupe industriel ou dans une démarche entrepreneuriale,

que de poursuivre leurs études dans le domaine de la recherche académique au meilleur niveau.

Compétences affichées :

A l’issu de ces enseignements, les étudiants seront capables de concevoir un microsystème analytique pour

répondre à une problématique ouverte du domaine de l’analyse ou du diagnostic. Ils sauront prendre en

compte les étapes essentielles d’un schéma d’analyse totale, à savoir l’introduction et le traitement de

l’échantillon liquide, la mise en mouvement des fluides et la séparation des composants chimiques et/ou

biologiques issus de l’échantillon, ainsi que leur identification et leur quantification. Dans ce contexte, ils se

seront approprié les nouveaux outils analytiques et bioanalytiques permettant la miniaturisation de ces étapes

et leur mise en œuvre au sein de microsystèmes.

L’ingénierie d’un dispositif analytique miniaturisé doit prendre en compte les trois étapes essentielles d’un

schéma d’analyse totale, à savoir l’introduction et le traitement de l’échantillon liquide, la mise en

mouvement des fluides et la séparation des composants chimiques et/ou biologiques issus de l’échantillon,

ainsi que leur identification et leur quantification. Dans ce contexte, les étudiants s’intéresseront plus

particulièrement aux nouveaux outils permettant l’intégration de ces différentes étapes dans un système

miniaturisé.

De nouveaux outils miniaturisés pour améliorer l’analyse et le diagnostic

1/ Nouveaux objets sélectifs et interactions non-covalente en chimie supramoléculaire : anticorps,

aptamères, ligands spécifiques, MIP …

2/ Nouveaux supports sélectifs et intégration dans les systèmes séparatifs miniaturisés : systèmes

colloïdaux, bioconjugués, systèmes autoassemblés …

3/ Microélectrodes et (bio)capteurs électrochimiques

4/ Microfluidique et laboratoires sur puce (systèmes intégrant toutes les étapes d’une analyse, du

traitement de l’échantillon au rendu du résultat) :

microtechnologies pour la microfluidique (fabrication des puces, matériau, traitement de surface,

géométrie des microcanaux) et éléments de microfluidiques (écoulements, actionnement, mélanges,

…)

Les développements méthodologiques

1/ Modes de traitement de l’échantillon : chromatographiques et électrocinétiques

2/ Modes de séparation : chromatographiques et électrocinétiques

3/ Modes de détection intégrés et couplés : electrochimie, UV-Vis, MS, fluorescence,

conductimétrie, …

Les domaines d’applications

1/ Les bioprocédés et la santé : le diagnostic in vitro

2/ Le contrôle qualité et le contrôle actif en ligne des procédés : agroalimentaire, énergie nucléaire et

photovoltaïque

3/ L’environnement et le développement durable : traitement des eaux et des effluents (eaux, gaz,

déchets solides,…) pollués par des résidus médicamenteux, des cations métalliques, …

Cette UE sera conçue pour préparer au mieux les étudiants de Chimie ParisTech à aborder les problématiques

actuelles du domaine de l’analyse et du diagnostic, afin de concevoir des dispositifs d’analyse rapides, à bas

cout et haut débit, sensibles et spécifiques, transportables sur site ou adaptés aux milieux confinés, et à faible

impact environnemental.

Leur réflexion reposera sur l’utilisation de nouveaux supports (nanoparticules, nanotubes) et objets sélectifs

(anticorps, aptamères) vis-à-vis des composés à analyser pour le développement de nouvelles méthodes

(chromatographiques ou électrocinétiques) de concentration, extraction et séparation miniaturisées, basées sur

des mécanismes de reconnaissance moléculaire. Ils seront également amenés à se familiariser avec les

différents modes de détection sensibles et miniaturisables. Leur attention sera tout particulièrement orientée

vers le développement de nouvelles technologies électrochimiques pour la détection (ultramicroélectrodes,

biocapteurs) et leur intégration dans les microsystèmes.

UE23 Modélisation Multi-échelle pour l’ingénieur : de la molécule au dispositif Carlo Adamo

Ce module se propose d’illustrer, dans une optique véritablement multi-échelle, les principales méthodes de

simulation et de modélisation susceptibles d’être d’intérêt pour l’ingénieur dans un milieu industriel. En

particulier, les étudiants acquerront des compétences liées aux méthodes de simulation atomistiques (quantiques

et classiques) et mésoscopiques, qui permettent la description de systèmes de taille et de complexité croissantes

ainsi que le calcul de leurs propriétés. Le cours se focalisera sur la simulation et la prédiction des processus et

des propriétés d’intérêt industriel. L’intervention des industriels dans le module permettra aux étudiants de

prendre conscience de l’importance de la modélisation dans le contexte industriel actuel ainsi que de

contextualiser les méthodes décrites (limites et avantages) avec des exemples réels d’intérêt industriel.

Le but ultime du cours sera de donner aux étudiants des connaissances suffisantes afin de choisir la

méthodologie la plus adaptée à la résolution d’un problème de conception ou à la description d’un dispositif réel,

ainsi que de fournir une image réaliste du rôle de l’ingénieur en modélisation dans un milieu industriel.

Ce module se propose d’illustrer les principales méthodes de simulation et modélisation susceptibles d’être

d’intérêt pour l’ingénieur dans un milieu industriel.

Différentes méthodes de simulation -ainsi que leur intégration- permettant la description et la prévision des

propriétés microscopiques et macroscopiques de systèmes allant de la molécule au dispositif macroscopique

ainsi que la conception de nouveaux systèmes seront ainsi abordées. En particulier, les étudiants acquerront des

compétences liées aux méthodes de simulation atomistiques (quantiques et classiques) et mésoscopiques, qui

permettent la description de systèmes de taille et complexité croissantes ainsi que le calcul de leurs propriétés.

Cet enseignement s’appuiera sur les connaissances en Modélisation Moléculaire déjà acquises en 2A qui

représentent de-facto un pré-requis incontournable pour le module.

Le cours se focalisera sur la simulation et la prédiction des processus et des propriétés d’intérêt industriel.

Nous citerons à titre d’exemple : les propriétés d’ensemble des matériaux (élasticité, mobilité, conductivité), la

couleur ou les propriétés magnétiques, ainsi que la catalyse (homogène et hétérogène), les phénomènes et la

réactivité de surface/interfaces (ex. corrosion, passivation) ou en milieu confiné. De même, la possibilité

d’utiliser des simulations multi-échelles pour la conception de nouveaux systèmes avec des propriétés ad-hoc

sera détaillée.

Le domaine d’applicabilité et le caractère prédictif ou descriptif des méthodes seront particulièrement mis en

évidence et exemplifiés grâce à l’intervention de scientifiques externes -travaillant dans des sociétés privées ou

publiques- qui utilisent ces outils de simulation au quotidien. Des scientifiques appartenant à l’INERIS, l’IFP,

EDF, à L’Oréal, Total ou encore AirLiquide ont déjà donné leur accord pour intervenir dans le module.

UE24 Valorisation durable de ressources primaires et secondaires : production et recyclage de métaux

stratégiques

Alexandre Chagnes

UE25 Conversion et stockage de l’énergie : hydrogène et piles à combustible - batteries

Michel Cassir

L’UE proposée est à la fois dans la continuité des enseignements de 1A et 2A de Chimie ParisTech, notamment,

chimie des solutions, électrochimie, chimie des matériaux et procédés, et une ouverture vers un domaine

d’application dédié aux énergies nouvelles et renouvelables essentiellement à travers des dispositifs

électrochimiques. Le but est tout d’abord de donner, en synthèse, le positionnement des énergies renouvelables

(solaire, éolien, géothermique…) dans le menu énergétique actuel et de montrer ensuite le rôle d’un vecteur

énergétique tel que l’hydrogène et de convertisseurs d’énergie de grande actualité : les piles à combustible et les

batteries dans toute l’ampleur de leur gammes (température, électrolytes, électrodes, systèmes) et application

(transport, stationnaire, portables).

Vu l’importance de l’hydrogène et son association aux piles à combustible, nous dédierons une partie de ce cours

à sa production par des procédés « propres » et, en particulier, l’électrolyse de l’eau. Nous aborderons également

la problématique de son stockage chimique par voie solide, ainsi que son transport. Dans ce dernier cas, tant les

verrous technologiques que législatifs seront présentés.

Nous nous intéresserons par la suite à la connaissance physico-chimique approfondie des piles à combustible et

batteries (thermodynamique, cinétique, transport aux électrodes…), associée à une vision de leur diversité et de

leur mise en œuvre. Les aspects nouveaux matériaux et nanostructures seront analysés plus particulièrement. De

même, une partie significative sera dédié aux nouveaux concepts de batteries et de piles. Nous cherchons à

travers ce module à mettre de l’avant la dualité applications finalisées, avec des partenaires industriels ou

institutionnels ciblés (Renault, CEA, Vedecom, Institut de la mobilité durable, EDF, GDF, Rhodia…), et

recherche fondamentale pour lever des verrous bloquant le développement de ces systèmes, notamment sur le

plan des matériaux. Un aspect original sera développé autour de nanostructures fonctionnalisés permettant de

favoriser les réactions électrochimiques (catalyseurs, facilitateurs de transport) ou de protéger les matériaux

(inhibiteur de corrosion, barrière de diffusion.

Au final, nous cherchons à ce que nos étudiants possèdent non seulement les notions actualisés sur les domaines

mentionnés, mais qu’ils en connaissent les potentialités, les défis sur le plan scientifique et qu’ils sachent se

projeter dans le monde vaste et prometteur des applications. Nous avons un très grand atout car cette thématique

repose aussi sur des compétences de recherche préexistantes à Chimie ParisTech, dans le cadre d’une stratégie à

long terme. Par ailleurs, l’articulation de cette UE avec l’autre UE du parcours « Chimie pour l’énergie » est un

aspect particulièrement attractif pour attirer nos élèves-ingénieurs vers un secteur créateur de nouveaux emplois,

ainsi que d’autres étudiants de PSL*, ParisTech et Gay-Lussac ou étrangers provenant de nos nombreux

échanges internationaux.

UE26 L'énergie solaire et le photovoltaïque : état des lieux et nouvelles voies

Daniel Lincot

Compte tenu de son évolution constante, le secteur de l’énergie photovoltaïque requiert des ingénieurs de

haut niveau, non seulement en physique mais aussi en chimie. En effet, la place de la chimie dans le domaine

est de plus en plus importante, en ce qui concerne les matériaux mais également au niveau des procédés et des

nouveaux concepts. Dans ce but, les enseignements proposés dans cette UE intègrent les plus récentes

avancées dans le domaine, tout en s’appuyant sur les connaissances fondamentales de physique et de chimie.

L’équipe pédagogique composée à la fois d’enseignants et de chercheurs de Chimie-Paristech, mais

également d’intervenants extérieurs, permet de proposer une formation en lien direct avec le contexte

industriel actuel. Les TP et TD proposés ont lieu dans les laboratoires, avec des équipements de pointe et des

logiciels performants. Par ailleurs de nombreuses entreprises sont susceptibles d’accueillir les étudiants en

stage. Tous ces éléments assurent aux étudiants une forte professionnalisation dans le domaine.

A la suite de ce module, les futurs ingénieurs seront en mesure de contribuer de façon significative à la mise

en œuvre de stratégies et de politiques énergétiques dans un contexte industriel ou plus académique. Les

connaissances acquises concerneront à la fois le fonctionnement des cellules solaires de chacune des

différentes filières mais aussi leurs modes d’élaboration, ainsi que le contexte économique lié aux énergies

renouvelables et solaire en particulier.

- Introduction (3h) : Généralités sur le photovoltaïque, contexte économique national et international, rappels

sur le rayonnement solaire

- Physique des cellules solaires (7h) : conversion photon-électron, réponse spectrale, photocourant,

rendement, pertes.

- Les différentes filières et les nouveaux concepts (7h) : silicium, couches minces, cellules organiques,

nouveaux concepts

- Conférences externes et/ou visites de site (3h)

Travaux pratiques en laboratoire (7h) : méthodes d’élaboration de matériaux en couches minces, réalisation

d’une cellule solaire et caractérisations.

TD de modélisation (3h)