Science et génie des matériaux

Les matériaux jouent aujourd’hui un rôle prépondérant, que ce soit pour les dispositifs bio- et microélectroniques, les technologies de l’automobile, de l’énergie, de l’aéronautique et de l’espace, ou encore les applications biomédicales et récréatives comme les sports de haute performance. Dans tous ces domaines, l’ère des matériaux “sur mesure” est arrivée.

L’élaboration de matériaux performants et durables nécessite une compréhension détaillée des phénomènes complexes qui se déroulent à l’échelle de l’atome. La microstructure de la matière joue en effet un rôle très important: c’est elle qui définit les propriétés d’un matériau, comme sa dureté ou sa souplesse. Comprendre ce qui se passe dans le monde de l’infiniment petit est donc nécessaire pour prédire les performances d’un matériau, mais aussi pour en inventer de nouveaux.

Dans la recherche, on utilise des techniques de pointe comme la microscopie électronique afin de scruter la matière à très petite échelle. Les chercheurs développent et utilisent également des techniques puissantes de modélisation qui permettent de simuler sur ordinateur la fabrication de matériaux à l’échelle atomique. Les scientifiques peuvent ainsi créer virtuellement toutes sortes de matières et tester leur efficacité, comme certains matériaux qui se développent dans des environnements inaccessibles car situés au centre de la Terre ou sur des planètes très éloignées.

L’exemple des fils solaires: comment faire pour récolter un maximum de lumière solaire afin de la changer en électricité? Voilà un défi qui occupe bon nombre de chercheuses et chercheurs dans le monde. Élaborer des cellules solaires à haut rendement est en effet un véritable casse-tête. Dans cette course au photovoltaïque, les matériaux semi-conducteurs ont un rôle primordial: ils sont particulièrement efficaces pour collecter la lumière émise par le soleil. De minuscules filaments appelés nanofils, développés récemment, ont des particularités étonnantes: posés à la verticale, ils agissent comme des entonnoirs à photons et sont capables, malgré leur très petite taille, d’absorber de grandes quantités de lumière. Dotés des propriétés électroniques adéquates, ces nanofils deviennent alors de mini-cellules solaires et transforment la lumière en courant électrique. Fabriqués en arséniure de gallium, les nanofils nécessitent moins de matériau de base que les cellules conventionnelles et sont capables d’absorber jusqu’à 12 fois plus de lumière. Or, qui dit davantage de lumière, dit davantage d’énergie.

Présentation du programme

Outre l’objectif d’offrir des bases solides en mathématiques, physique et chimie, le programme aborde les différentes classes de matériaux – métaux, céramiques, polymères et composites – ainsi que les méthodes d’analyse et de caractérisation. On y traite la structure et les propriétés des matériaux, les principes sousjacents de leurs différentes transformations et les technologies de mise en œuvre. En dernière année, vous réaliserez un projet de recherche dans un laboratoire de votre choix.

Bachelor: plan d’études simplifié

Master: perspectives

Lors des études de Master, vous approfondirez votre compréhension de la structure des matériaux, de l’échelle macroscopique à l’échelle atomique, afin d’exploiter leurs propriétés, maîtriser les processus de fabrication et créer de nouveaux produits. Vous aurez le choix entre plusieurs orientations:

  • Transformation des matériaux et procédés de production
  • Matériaux structurels pour les transports, l’énergie et les infrastructures
  • Matériaux pour la microélectronique et microtechnique
  • Matériaux pour les applications biotechnologiques et médicales
  • Recherche-développement sur les matériaux

Un stage professionnel en entreprise et plusieurs projets (dont le projet de Master de 30 crédits) dans des laboratoires de votre choix complètent la formation.

Informations détaillées

D’autres programmes vous sont aussi proposés après la réussite du Bachelor, notamment certains Masters interdisciplinaires.
Plus d’informations sur les programmes d’études Master à l’EPFL.


Veuillez noter que les informations concernant la structure des programmes ainsi que les plans d’études simplifiés sont susceptibles d’être ajustés et qu’ils ne sont pas juridiquement contraignants. Seuls les règlements et plans d’études officiels font foi.

Perspectives professionnelles

Grâce à leur maîtrise rigoureuse de la structure de la matière et à leur compréhension des relations entre microstructures et propriétés mécaniques des matériaux, les diplômés de ce cursus pourront saisir des opportunités professionnelles dans des domaines aussi variés que le biomédical, l’aéronautique, l’agroalimentaire ou encore les technologies du sport. Dans ce cadre, ils seront amenés à optimiser le cycle de vie des matériaux, de leur fabrication à leur recyclage, tout en veillant à la protection de l’environnement.

Le caractère pluridisciplinaire de ce cursus, à l’interface entre les sciences de base et l’ingénierie, permet aux diplômés de s’adapter à un environnement scientifique en perpétuelle évolution et de contribuer efficacement à la conception de nouveaux matériaux destinés à des applications technologiques de pointe.

Les fonctions exercées y sont très diversifiées: en recherche et développement, les ingénieurs en matériaux cherchent à optimiser le choix de matériau pour une application donnée ou à développer de nouveaux procédés d’élaboration. L’expérimentation et la modélisation numérique sont alors combinées pour faire le lien entre procédés (cycles de production, température, etc.) et caractéristiques du produit final (microstructures, propriétés mécaniques, etc.). Dans les unités de production, ces spécialistes assurent la mise en œuvre de ces procédés et la qualité du produit. Toujours plus d’ingénieurs sont en outre impliqués dans l’analyse du cycle de vie des matériaux.

Leur métier s’exerce également dans des domaines tels que l’horlogerie, les industries métallurgiques, céramiques ou polymères, l’industrie du bâtiment, l’industrie agroalimentaire ou encore celle du packaging, des transports et de l’énergie.

Pour continuer à approfondir leurs connaissances en la matière, les diplômés pourront également choisir de poursuivre leur cursus académique au sein d’un programme doctoral en Suisse ou l’étranger.


Alumni: que deviennent-ils?

Olivier Thomann

La production d’électricité renouvelable solaire ou éolienne est de plus en plus importante. Mais cette production fluctue avec la météo et les saisons, il faut donc pouvoir stocker l’excès de production électrique pour l’utiliser aux moments de plus forte demande.

Olivier Thomann, Bachelor et Master en Science et génie des matériaux (2009)

En tant que chercheur, mon travail consiste à développer des électrolyseurs à très haut rendement (>80%) pour convertir l’électricité en hydrogène, hydrogène qui peut être utilisé dans les moments de besoin.

Depuis la fin de mes études, je travaille en Finlande. Je voulais passer du temps dans les pays nordiques, alors j’ai cherché un poste dans la recherche là-bas et j’en ai trouvé un! L’EPFL a été une excellente carte de visite pour cet emploi car, dans mon groupe de recherche actuel, elle a une très bonne renommée.

Mais après le gymnase, choisir mes études n’a pas été si facile! D’un côté, j’avais toujours été intéressé par les sciences et j’ai pensé que si je n’en faisais pas pendant mes études, je n’aurais pas d’autre occasion. D’un autre côté, de nombreuses autres matières m’intéressaient. Et je n’étais pas particulièrement brillant en maths au gymnase…

J’ai choisi les matériaux car j’étais intéressé par les débouchés variés, comme par exemple le médical, les matériaux structuraux ou encore des techniques de synthèse très avancées. J’avais aussi entendu que cette filière offrait de bonnes possibilités de voyager, ce qui s’est révélé être vrai. Et c’est une petite filière, avec une dimension humaine et d’excellents professeurs. J’ai énormément travaillé les deux premières années, surtout pour la physique et les maths. J’ai passé ma troisième en échange à Bombay, ce qui était évidemment très différent et très enrichissant. Lors du Master, les cours sont très intéressants et permettent de nous ouvrir l’esprit, et ce, souvent en petit comité.

Le domaine de l’énergie est très dynamique et offre beaucoup d’enjeux (pollution, changement climatique, épuisement des ressources, économie) et je le trouve très stimulant. Mes projets sont très appliqués: les résultats doivent avoir un intérêt commercial à relativement court-terme (5 à 10 ans). Je suis donc très loin de la recherche fondamentale.


Edwina Klay

Après mon Master, j'ai fait une thèse dans le domaine des métaux précieux. Je ne me sentais pas encore prête à partir dans le monde du travail, et je me suis renseignée sur la possibilité de faire un deuxième Master, en technologie et entrepreneuriat.

Edwina Klay, Bachelor et Master en Génie des matériaux (2006), thèse de Doctorat en Matériaux (2010)

Je ne voulais pas forcément me lancer dans une thèse, mais un sujet en partenariat avec l’industrie m’a été proposé. J’ai trouvé que c’était un bon compromis et j’ai signé. Faire une thèse m’a donné l’occasion de maîtriser un sujet, et je pense que ça restera ma seule occasion. Dans le monde du travail, on ne fait que survoler les sujets, tout va très vite: avant même qu’un produit soit sur le marché, on réfléchit déjà au suivant. C’est une période dont je garde donc un très bon souvenir, pendant laquelle j’ai pu profiter encore un peu de ma vie estudiantine, malgré les horaires parfois difficiles.

Une fois mon Doctorat terminé, j’ai trouvé après quelques mois une place dans l’industrie horlogère, dans le laboratoire de métallurgie, exactement mon profil. C’était en période de crise et il n’y avait pas beaucoup d’offres, seule l’industrie horlogère embauchait. Mais j’étais prête à bouger, j’ai postulé en Suisse alémanique et j’ai trouvé un job. Nous sommes beaucoup d’ingénieurs en matériaux à travailler dans ce milieu, par exemple pour faire du développement de matériaux.

Après deux ans à travailler comme collaboratrice, je suis aujourd’hui responsable du laboratoire de métallurgie. Nous nous occupons des homologations et du support à la production. Cela consiste à faire des expertises lors de problèmes rencontrés en production. Notamment lorsque les pièces cassent lors du montage de mouvements: le problème vient-il du matériau? Du traitement thermique auquel il a été soumis? Ou d’une erreur de paramétrage au montage? Il faut ensuite proposer une solution. Je suis aussi en charge du développement du laboratoire, de la mise en place de méthodes de travail pour assurer la qualité des produits au sein de l’entreprise. Je participe également au développement d’alliages, ce qui me permet de rester en contact avec la recherche.

Dans les branches de l’EPFL, je m’étais renseignée sur la chimie, la microtechnique et les matériaux. Ce qui m’a attirée dans les matériaux, c’est la pluridisciplinarité du domaine et le fait que ce soit des petites classes (en comparaison avec les autres filières). Je n’ai jamais regretté mon choix!

Contact

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