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Responsable(s) Daniel Perraton

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École de technologie supérieure
Département de génie de la construction
Responsable(s) de cours : Daniel Perraton


PLAN DE COURS

Été 2019
CTN404 : Science et technologie des matériaux (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 29,9 % 25,0 % 45,1 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure : de décrire la composition et la structure de base qui caractérisent les principaux matériaux de construction de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique; de porter un regard critique sur les phases sensibles de mise en œuvre qui influent sur la qualité du produit fini aussi bien au terme de sa durabilité que du point de vue de son comportement mécanique.

Principaux matériaux traités : les plastiques, granulats, bétons de ciment, enrobés bitumineux, matériaux de réhabilitation et bois.

Séances de laboratoire sur les propriétés et les essais des matériaux dans le but de développer la capacité de synthèse et d’analyse. Programmes d’essais en laboratoire fondés sur la mise en commun des résultats des différents groupes de travail.

Précision sur les préalables - Ils sont spécifiques à certains profils :
Profils A et B : CHM131 Chimie et matériaux + CTN104 Éléments de matériaux de construction
Profil C : CHM131 Chimie et matériaux



Objectifs du cours

Le but du cours est d’acquérir et d’approfondir la connaissance et les concepts se rapportant aux matériaux de construction afin de mieux comprendre les problèmes qui peuvent surgir à leur mise en œuvre et en cours de vie utile et les facteurs qui affectent leur comportement sous charge, leur durabilité, leur compatibilité avec les autres matériaux et leur qualité. Ayant complété ce cours, l'étudiant pourra :

 

  • Déduire et formuler des solutions aux problèmes que suscite l’usage des principaux matériaux de construction;
  • Développer les étapes de mise en place des matériaux  d'un projet de construction (ponts, routes, chaussées, barrages, etc.);
  • Expliquer les facteurs qui affectent les principales caractéristiques des matériaux utilisés en construction: le comportement sous charge, la durabilité, la compatibilité entre les matériaux;
  • Acquérir des connaissances approfondies des matériaux de construction : polymères, ciments et bétons, granulats, enrobés bitumineux;
  • Posséder des connaissances approfondies sur les aspects suivants: le calcul et le dosage des bétons et enrobés, l'influence des techniques de fabrication et de construction sur la qualité des matériaux;
  • Détecter les séquences critiques de mise en œuvre de bétons hydrauliques et de matériaux bitumineux;
  • Proposer les performances cibles et développer des bétons hydrauliques et des matériaux bitumineux durables, adaptés à leur environnement;
  • Juger des caractéristiques physico-chimiques des matériaux couramment utilisés en construction (granulats, agrégats, béton, enrobés, polymères, bois);
  • Juger la pertinence des actions de mise en œuvre et de réalisation de construction de génie civil du point de vue matériau-structure.



Stratégies pédagogiques
  • 39 heures de cours magistral (3 heures par semaine) comportant des périodes de questions, d’échanges et de discussion;
  • Travaux pratiques en laboratoire par les étudiants, en équipe, permettant de prendre un contact physique avec les matériaux étudiés (granulats, ciment, béton de ciment, bitumes, bétons bitumineux, polymères, matériaux de réparation, mortiers au latex, époxy), de réaliser des essais de caractérisation, de comportement mécanique (déformation et résistance en compression et en flexion) en contrôlant la fidélité des méthodes d'essais utilisées et de présenter les résultats en des rapports écrits;
  • Un examen durant le trimestre et un examen final permettant aux étudiants de prendre connaissance de leurs progrès et de leur réussite;
  • Rédiger des rapports techniques : les rapports seront rédigés dans une perspective de synthèse et d’analyse en prenant en compte les résultats des autres équipes du groupe.



Utilisation d’appareils électroniques

Usage de la calculatrice accepté




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 13:30 - 17:30 Travaux pratiques et laboratoire
02 Lundi 13:30 - 17:30 Travaux pratiques et laboratoire
Mercredi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Claudiane Ouellet-Plamondon Activité de cours Claudiane.Ouellet-Plamondon@etsmtl.ca A-3490 Sur demande
02 Claudiane Ouellet-Plamondon Activité de cours Claudiane.Ouellet-Plamondon@etsmtl.ca A-3490 Sur demande



Cours
Contenus traités dans le cours Heures
Total 39

 

La matière de ce cours, subdivisée en groupes de sujets, est la suivante :

 

Introduction, rappels et matériaux de construction - Déroulement du cours; règlements concernant les travaux pratiques, formation des groupes de travail. Description sommaire des différents matériaux. État de la matière: cristallin (grains), vitreux, amorphe, gels. Étude des matériaux sous charge: contrainte - déformation, l'élasticité des solides, coefficient de Poisson, essais de traction, rhéologie - module d’élasticité apparent vs module complexe.

 

Minéraux, roches et granulats - Minéraux: les principaux minéraux en génie civil. Roches : origine. Granulats : Rappels, caractéristiques physico-chimiques, critères de sélection, mélanges granulaires, classes granulaires, angularité, résistance mécanique et interprétation.

 

Béton de ciment et polymères - Ciment Portland, structure du béton, pâte de ciment, types d'adjuvants, formulation, bétons spéciaux (OPC, BHP, BPR et BCR), mortiers, résistance mécanique, variations volumétriques du béton, matériaux de réparation à base de ciment.

 

Enrobés bitumineux - Matériaux bitumineux (composition, propriétés, essais, usages); bitumes (émulsions, mousses, liquides, oxydés, polymères).  Température d'utilisation. Enrobés bitumineux – formulation : choix d'une formulation et des constituants, effets des constituants, méthodes de calculs (Marshall, québécoise), presse à cisaillement giratoire, prévision de l'orniérage.

 

Bois – Propriétés, comportement et applications

 

Cours # Thèmes Power Point Texte – Référence – Notes de cours
1 & 2 Introduction n/a La science des matériaux de l’ingénieur – Richards C. W. traduit par Lehr G., Dunod, 1965.
Les matériaux Matériaux  

Les matériaux - Traité des matériaux 1, Kurz, Mercier et Zambelli 1987.

Échelles d'analyse - Extrait tiré de la thèse de doctorat de M. Michel Vaillancourt: Méthodologie de modélisation de l'UNI des chaussées souples et impact des sols d'infrastructure, soutenue àl'ÉTS en 2004.

Caractérisation des matériaux n/a Méthodes de caractérisation des matériaux – Des Matériaux, 3e éd., Baïlon et Dorlot, 2009.
La cohésion et la rigidité des matériaux Modèles de rigidité La cohésion et la  rigidité des matériaux – Des matériaux, Dorlot, Baïlon et Masounave, 1986.
Les liaisons Liaisons Structure et organisation des solides – Traité des matériaux 1, Kurz, Mercier et Zambelli, 1987.
La structuration des solides Structuration des solides Structures cristallines, Science et génie des matériaux, Callister, jr., 2001.
Development of microstructure – The Science and Technology of Civil Engineering Materials, Young, Mindness, Gray, Bentur, 1998.
  Les métaux Les métaux - extrait tiré de Lemaitre, Christian. 2012. Les métaux et alliages métalliques.  Mise en oeuvre et emploi des matériaux de construction.
3 Polymères Polymères – A2013 Matières plastiques – Des Matériaux, 3e éd. Baïlon et Dorlot.
Les minéraux et les roches Minéraux – Roches Les minéraux et les roches
3 & 4 Granulats
Les granulats Granulat Rappels Informations générales sur les granulats - Perraton, Daniel
Résistances mécaniques des granulats Points de vue de l’ingénieur Les granulats - Les essais des caractérisation - Perraton, Daniel Les granulats – Corrélations entre les essais de résistance mécanique - Les essais de granulat, Tourenq C. et Denis A. 1982. Rapport de recherche LPC N° 114 (ISSN 0222-839).
Combinaisons granulaires (Conception) Les combinaisons granulaires Texte extrait d’un rapport technique présenté par M. Emmanuel Lacombe dans le cadre d’un projet spécial (CTN-791). Optimisation de la compacité du squelette granulaire, 1997.
5, 6 & 7 Béton hydraulique
Cours 5 - Ciment Portland Fabrication et hydratation des ciments Composition et hydratation du ciment Portland – Conférence présente à l’ACI, Progress in Concrete, Pigeon, 1981. 
Cours 6 - Les adjuvants pour béton et les propriétés de surface Les adjuvants pour béton  Les propriétés de surface La physico-chimie de la surface des matériaux de construction - Ouellet-Plamondon, Claudiane
  Cours 7 - Choix des bétons suivant l'exploitation et la durabilité (Conception) Durabilité et dégradations   Exercices de formulation du béton hydraulique Les bétons hydrauliques : Notions de durabilité, cours de l’ ENTPE, 2001,  Chanvillard.
8 Examen INTRA
9 & 10 & 11 Les enrobés bitumineux
 Cours 9 - Les enrobés  Les enrobés bitumineux Propriétés mécaniques et thermomécaniques des mélanges bitumineux, Matériaux routiers bitumineux 2 – Constitution et propriétés thermomécaniques des mélanges, 2005, Di Benedetto et Corté.
Cours 10 - Choix des enrobés bitumineux suivant l'exploitation projetée (Conception) Formulation LC Documentation sur Moodle
Cours 11 - Les bitumes Les bitumes Les liants hydrocarobonés, Matériaux routiers bitumineux 1 – Description et propriétés des constituants, 2004, Corté et Di Benedetto.
12 La rhéologie
Introduction à la rhéologie Mécanique chaussées bitumineuses n.a.
  Rhéologie intro n.a.
Mesure des propriétés viscoélastiques Rhéologie  La rhéologie - Le module complexe, Matériaux routiers bitumineux 2 – Constitution et propriétés thermomécaniques des mélanges, 2005, Di Benedetto et Corté.
13 Le bois (Conception) Le bois Le Bois - Structure et propriétés du bois, Matériaux – Microstructures et procédés de mise en œuvre, M. F. Ashby and D. R. H. Jones. 2014, DUNOD.

 




Laboratoires et travaux pratiques

Les activités en laboratoire sont réalisées par des équipes de deux à quatre étudiants. Tout autre nombre de participants par équipe doit être approuvé par le professeur.

  • Les dates et l'horaire des activités en laboratoire et en TP sont disponibles sur moodle. À la première période de TP, chaque groupe sera scindé en deux sous-groupes (I et II) pour constituer les équipes pour les laboratoires.
  • Le temps total passé en laboratoire et en travaux pratiques sera de l'ordre de 24 heures pour le trimestre.

 

         Tableau I – Description des activités de laboratoire

Laboratoire Description (Local : A0450) Rapport hres
Thème # Date: Voir calendrier   # remise %
Granulats
Cours 3
A

 

Minéralogie et Pétrographie   OBJECTIFS:
  1. Étudier et identifier certains minéraux utilisés en génie de la construction
  2. Compléter une fiche d’identification pour chacun des minéraux à identifier:
    #5, #6, #7, #12, #17 et #22
    (à remettre en guise de rapport)
1

   

2% 2

  Ciment, Adjuvants, Mortiers

Cours : 5 & 6

B

 

 

Essais sur mortiers   OBJECTIFS:
  1. Mesurer la chaleur dégagée en cours d’hydratation sur mortiers constitués avec différents ciments, avec et sans adjuvants.
  2. Constituer des groupes de 2 équipes : A & B
  3. Chaque équipe devra évaluer la montée en température du mortier en cours de  durcisse-ment dans les premières 24 h.
2

  

      

 

10% 2

Enrobés Bitumineux  

Cours : 9 à 11

C

 

Formulation     OBJECTIF:
  1. Formuler des enrobés à l’aide de la presse à cisaillement giratoire selon la méthode du laboratoire des chaussées : méthode d’essai LC 26-004.
3

  

6% 2
          Total 6

       

Tableau II – Description des activités de travaux pratiques (TP) dirigés

 

Travaux Pratiques Description Minitests hres
Thèmes # Date: Voir calendrier   #   %

Matériaux


 Cours 1 & 2

1

 

 

 

Exercices portant sur la structure cristalline des matériaux et sur leur degré de cohésion 1 à la fin de la séance 2% 2,5

Combinaisons granulaires

Cours 3 & 4

2   Exercices portant sur les différentes méthodes de combinaisons granulaires ainsi que différents calculs servant à caractériser les granulats 2 à la fin de la séance 2% 2,5

Calcul des proportions réelles

Cours 5

3   Exercices sur la formulation des bétons hydrauliques.  Calculs des proportions réelles selon la méthode des volumes absolus ainsi que selon la méthode des masses volumiques 3 à la fin de la séance n/a 2,5

Calculs calorimétrie

Cours 5 & 6

4   Exercices portant sur l’analyse de l’essai de calorimétrie 4 à la fin de la séance n/a 2,5

Calculs formulation enrobés bitumineux

Cours 9 & 10

5   Exercices sur la formulation des enrobés bitumineux à l’aide de la presse à cisaillement giratoire et de la méthodologie  du laboratoire des chaussées (MTQ) : méthode LC 26-004. --- n/a n/a 2,5

Calculs analyse enrobés bitumineux

Cours 10

6  

 

  • Exercices sur l’analyse de mélange d’enrobés bitumineux confectionné en laboratoire.
  • Exercices sur l’élaboration d’une feuille de mélange
--- n/a n/a 2,5

Rhéologie

Cours 12

7

 

  • Exercices sur la notion de module complexe
5 à la fin de la séance 2% 2,5
          Total 17,5

Le port de sarrau, lunettes de sécurité et chaussures de sécurité est obligatoire lors des périodes de laboratoire aux locaux A-0450, A-0510 et A-1533.




Utilisation d'outils d'ingénierie

n.a.




Évaluation
Activité Description %  
Évaluation durant le trimestre

L’intra portera sur l’ensemble de la matière vue en date de l’examen. Également la matière se rapportant aux TP et aux laboratoires sera à considérer pour l’examen intra.

35 Individuel
Examen final Le final portera sur l’ensemble de la matière couverte à partir de l’examen intra. Également la matière se rapportant aux TP et aux laboratoires sera à considérer pour l’examen final 35 Individuel
Travaux de laboratoire Trois séances de laboratoire (A, B et C) seront réalisées dans le cadre de ce cours. Le Tableau I – Description des activités de laboratoire, présenté à la section 6, donne la pondération relative à chacun de ces laboratoires 18 Équipe
Travaux pratiques Dans le cadre des activités de travaux pratiques dirigés, des minitests seront donnés à la fin de certaines périodes de TP Le Tableau II – Description des TP, présenté à section 6, donne la pondération relative de ces évaluations 6 Individuel
Minitests en cours Périodiquement, dans le cadre des cours magistraux, des minitests seront donnés de manière à vérifier le niveau de compréhension. Les minitests seront donnés en début ou en fin de séance de cours. 6 Individuel

 

Une moyenne de 50 % au cumulatif des examens est nécessaire pour la réussite du cours.

La note de passage est fixée à 60%




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Une pénalité de 10% sera appliquée par jour de retard à la remise des différents rapports et travaux exigés dans le cadre des activités de ce cours.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire
  • CTN404 Science et technologie des matériaux Notes de cours, Révisé Automne 2017, disponible à la COOP et sur Moodle.
  • Cahier de laboratoire, Révisé 2017, disponible sur le site du cours sur Moodle et à la COOP.
  • Cahier de travaux pratiques, Révisé 2017, disponible sur le site du cours sur Moodle et à la COOP.



Ouvrages de références
  • Young, J.-F., Mindess, S., Gray, R.J. Bentur, A., The Science and Technology of Civil Engineering Materials. Prentice-Hall Inc., ISBN: 0-13-659749-1, 384 p. 1998.
  • Dorlot, J.-M., Bälon, J.-P. et Massounave, J., Des Matériaux. 2e édition revue et augmentée, édition de l’École Polytechnique de Montréal, 476 p. 1986.
  • Aitcin, P.C. et Jolicoeur, G. et Mercier, M., Technologie des granulats. 1991.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/