Matériaux diélectriques : des propriétés aux applications – MATS8AA

Programme et contenu

Les propriétés diélectriques des matériaux sont parmi celles qui sont connues depuis l’Antiquité; Les matériaux diélectriques connaissent par ailleurs un développement considérable, dû en particulier à l’impact croissant des technologies liées à l’électronique: un téléphone mobile peut contenir jusqu’à quelques centaines de condensateurs! Outre leurs applications dans le domaine de l’électronique (condensateur haute performance, isolant), ces matériaux sont utilisés pour leurs propriétés piézoélectriques (détecteur de choc et d’accélération, sonar, haut-parleur…), pour leurs propriétés pyroélectriques (détecteur incendie, imagerie infrarouge), ou pour leurs applications en optique (fibre optique, matériaux biréfringents).

Le programme de ce module inclut les thèmes suivants:

1. Étude macroscopique des matériaux diélectriques, polarisation.
2. Mécanismes de polarisation.
3. Aspects dynamiques de la polarisation, relaxation, résonance.
4. Les matériaux diélectriques réels: pertes diélectriques, claquage diélectrique.
5. Matériaux ferroélectriques, piézoélectriques, pyroélectriques.
6. Propagation des ondes optiques dans les matériaux diélectriques.

À l’issue du module, les élèves doivent :

1. Etre capable de citer et de décrire les différents types de matériaux diélectriques.
2. Etre capable de relier les propriétés macroscopiques des diélectriques aux mécanismes de polarisation,
   ce qui leur permettra d’être capable d’expliquer la variation de grandeurs diélectriques macroscopiques en
   fonction de la température, et de la fréquence du champ électrique appliqué,
3. Etre capable de présenter des applications technologiques de matériaux diélectriques.

L’évaluation finale prend en compte la participation en cours et en TD, ainsi que la réussite à deux tests et la qualité d’un exposé que les étudiants ont à présenter par binôme:

1. Le premier test, assez court, permet d’évaluer les connaissances des élèves, leur compréhension du cours et leur capacité à appliquer de petits raisonnements simples.
2. Le second test, plus long, rédigé sous forme de problème, permet d’évaluer la capacité d’analyse des étudiants, et leur capacité à appréhender un système complexe.
3. L’exposé évalue les capacités d’analyse et de synthèse des étudiants sur un sujet donné, ainsi que leurs capacités à communiquer oralement sur un sujet scientifique. Les sujets proposés sont choisis parmi les applications des diélectriques.

Compétences

• Connaître : - Les différents types de matériaux diélectriques. - Les différents modèles abordés en cours pour les décrire ou décrire leurs propriétés. - Les mécanismes de polarisation et la dynamique associée.
• Comprendre : - Le lien entre la structure (atomique et électronique) des matériaux diélectriques à l'échelle atomique et les propriétés diélectriques correspondantes. - Les différents modèles fondamentaux développés dans le module, ainsi que leurs hypothèses et la validité des prévisions qu'ils permettent d'obtenir.
• Appliquer : - Les méthodes générales vues en cours pour comprendre, utiliser, voire prédire, une propriété diélectrique donnée. - La méthode de préparation et présentation d'un exposé scientifique sur un sujet en lien avec les applications scientifiques et technologiques des matériaux diélectriques.
• Analyser : - Les notions vues en cours - Un problème donné
• Synthétiser : - Les informations rassemblées pour la préparation d'un exposé sur un sujet en lien avec les applications scientifiques et technologiques des matériaux diélectriques. - Les données décrivant un matériau ou une application diélectrique.
• Évaluer : - La pertinence d'un résultat. - Les ordres de grandeur.