Métallurgie Physique

La métallurgie physique étudie la manière dont les atomes d’un métal s’organisent (liaisons, réseaux cristallins, phases, grains) et comment cette organisation commande les propriétés que le chaudronnier et le charpentier utilisent tous les jours : limite d’élasticité d’une cornière, ductilité d’une tôle roulée en virole, dureté d’une zone affectée thermiquement, conductivité d’un câble, tenue à la corrosion d’un réservoir exposé au climat chaud et poussiéreux du Niger. Le cours relie la structure physique du matériau à son comportement mécanique, électrique et chimique, puis présente les grandes filières d’élaboration des métaux, du minerai (fer, bauxite, cuivre, uranium d’Arlit) jusqu’au demi-produit (tôle, profilé, tube) importé et transformé dans les ateliers de Niamey et de Maradi.

Objectifs d’apprentissage

• Décrire les liaisons atomiques et distinguer structures amorphes et cristallines (CC, CFC, HC) ; calculer compacité et masse volumique théorique.
• Expliquer les transformations allotropiques du fer et interpréter une courbe de refroidissement.
• Appliquer la règle des phases de Gibbs et la règle des segments inverses (bras de levier) sur les diagrammes binaires classiques.
• Lire le diagramme fer-cémentite et relier la microstructure (ferrite, perlite, taille de grain) aux caractéristiques mécaniques.
• Décrire les opérations pré-métallurgiques et les principales filières d’élaboration (acier, aluminium, cuivre) et faire des bilans matière simples.

Prérequis

Chimie de base (atome, mole, masse molaire), mathématiques de S1 (géométrie dans l’espace, proportions), notions de physique (température, énergie).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Structures de la matière : liaisons, structures amorphes et cristallines
2. Leçon 2 — Changements d’état, allotropie et diagrammes d’équilibre
3. Leçon 3 — Relations entre structures et caractéristiques des métaux et alliages
4. Leçon 4 — Méthodes générales d’élaboration des métaux et opérations pré-métallurgiques

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de cours magistral (CM), 10 h de travaux dirigés (TD), 0 h de travaux pratiques (TP) et 10 h de travail personnel de l’étudiant (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD notés, quiz en ligne, devoir sur table portant sur les diagrammes de phases) et examen terminal écrit. Le quiz de fin de cours compte dans le contrôle continu.

Bibliographie

• W. D. Callister, D. G. Rethwisch, Science et génie des matériaux, Dunod (trad. de Materials Science and Engineering: An Introduction, Wiley).
• J.-P. Baïlon, J.-M. Dorlot, Des matériaux, Presses internationales Polytechnique.
• M. F. Ashby, D. R. H. Jones, Matériaux, tome 1 et tome 2, Dunod.
• J. Barralis, G. Maeder, Précis de métallurgie : élaboration, structures-propriétés, normalisation, AFNOR / Nathan.
• G. Murry, Métallurgie : métaux, alliages, propriétés, Dunod (Aide-mémoire).