LDD2 Chimie, Sciences de la vie - Site de Versailles

Les thèmes étudiés portent sur les polymères, le monde des arômes, la chimie des couleurs, les matériaux, l’intelligence artificielle et la chimie du quotidien. Ils peuvent évoluer d'une année à l'autre. Une session en présence de représentants du monde industriel est prévue chaque année. 

Les étudiants réalisent un travail de groupe sur un article de vulgarisation scientifique (notamment issu de L’Actualité chimique, journal de la Société Française de Chimie ou des Techniques de l’Ingénieur) ou sur les travaux de lauréats du prix Nobel. Ce travail est présenté devant l’ensemble de la promotion.  Il est évalué par l’équipe pédagogique et constitue l’examen. Ce projet vise à la fois à favoriser le travail collaboratif et à initier les étudiants à différents outils de communication scientifique comme, par exemple, la création vidéo, avec la possibilité d’utiliser un studio dédié.

Le cours explore une série de thématiques en lien avec la société, dans lesquelles la chimie occupe une place essentielle. Ces sujets, variés et éclectiques, offrent l’occasion d’aborder des notions scientifiques sous un angle original, en valorisant la curiosité, la diversité et la culture scientifique. Chaque thème fait l’objet d’un contrôle continu à la fin de la présentation (questionnaire succinct). 

L’objectif principal est de développer l’esprit critique, de renforcer la capacité à communiquer sur la science à travers des supports variés et d’aborder des aspects de la science contemporaine.

Cours magistral et TD

Notion de cristallochimie – empilement compact et pseudocompact – Formation et propriétés des alliages métalliques – Solide ionique cristallisé – Energie réticulaire (principe et calcul).

Travaux Pratiques

- Structures métalliques selon le modèle des empilements compacts

- Utilisation du logiciel de dessin Diamond

Le cours aborde les notions de cristallochimie permettant de décrire les propriétés élémentaires d’un cristal (périodicité cristalline, mode de réseau, maille élémentaire, motif). Les empilements métalliques sont décrits à partir du modèle des sphères dures qui permet en première approximation de déduire certaines propriétés structurales et géométriques du cristal (compacité, masse volumique, paramètres de maille). 

Le cours s’intéresse ensuite à la description des alliages métalliques, résultant de processus d’insertion ou de substitution. La formation des systèmes binaires est étayée par des notions de métallurgie et d’exemples choisis illustrant les propriétés remarquables des alliages métalliques. Enfin, le cours traite des solides ioniques en abordant les trois types structuraux, CsCl, NaCl, ZnS. La stabilité de ces réseaux ioniques est justifiée à partir d’un modèle géométrique en considérant des interactions attractives et répulsives purement électrostatiques.

Cours magistral et TD

- Chimie de coordination

Introduction à la chimie de coordination. Condition de formation des complexes et nature de la liaison métal-ligand. 

Notion de stéréochimie (géométrie et isomérie). 

Modèle du champ cristallin (propriétés optiques et magnétiques).

- Chimie descriptive des non-métaux : les éléments du bloc p

Introduction générale sur les propriétés des différents éléments du bloc p (carbone, silicium, azote, phosphore, oxygène, soufre, halogènes, bores et aluminium).

Principes généraux de la chimie inorganique descriptive ; caractéristiques générales des éléments p ; évolution et périodicité des propriétés des éléments p.

Applications industrielles et intérêts biologiques.

Travaux pratiques

- Synthèse et Caractérisation du dichlorure d’hexaamminenickel(II) [Ni(NH3)6]Cl2

- Etude des halogènes et halogénures. Mise en évidence des propriétés oxydante et réductrice de H2O2.

- Le soufre et ses dérivés.

- Synthèse et Caractérisation d’un complexe Cu2+/éthylènediamine.

- Spectrophotométrie d’absorption et complexes de métaux de transition.

Les notions abordées dans cette UE constituent les éléments fondamentaux d’introduction à la chimie inorganique. L’unité d’enseignement traite des complexes des métaux de transition et de la chimie des éléments du bloc p. Ce cours a pour objectif de donner les outils indispensables pour aborder de nombreux domaines tels que i) la chimie des matériaux, ii) la géologie, iii) la physico-chimie des milieux naturels (environnement), iv) et la biologie.

Cours magistral et TD

1- Introduction. Rappels

• Conformation- Configuration.
• Propriétés acido-basiques. 
• Effets électroniques.

2- Dérivés halogénés.

3- Alcools

Travaux pratiques

1 séance de TP de 3h30 et 1 séance de 4h sont prévues. 

TP1 : Exemple de Substitution Nucléophile.

TP2 : Synthèse du diphénylacétylène.

Cet enseignement a pour objectif en premier lieu, d’approfondir les notions de base essentielles à la chimie organique (conformation-configuration, propriétés acido-basiques, effets électroniques) pour être en mesure d’appréhender la réactivité des fonctions en chimie organique. L’étude des dérivés halogénés et des alcools (synthèse, propriétés et réactivité chimique) sera ensuite abordée.

Cours magistral et TD

-Introduction de la loi d’action de masse ; généralités sur les équilibres chimiques 

-Equilibres acido-basiques (Ka, Kb, domaines de prédominance, expressions de pH et conditions de validité, méthode des  RP, titrages)

-Introduction aux équilibres de complexation (constantes de formation)

-Equilibres de dissolution/précipitation (Ks, effet d’ion commun, précipitations sélectives, déplacements via le pH ou la formation d’un complexe)

-Equilibres d’oxydo-réduction (couple oxydant/réducteur, degré d’oxydation, demi-pile, potentiel de Nernst, piles, fem, étude de l’influence du pH, de la précipitation ou de la complexation)

Travaux pratiques

4 séances de TP sont prévues, se rapportant aux différentes parties du cours (pH métrie, dosages, étude quantitative d’un équilibre chimique, réalisation de piles, détermination de potentiels d’électrode). -Titrages (colorimétrie, pH-métrie, conductimétrie, manganimétrie, iodométrie)

Ce cours de chimie générale est consacré à l’étude des équilibres chimiques en solution à partir de la loi d’action de masse. Les notions de constante thermodynamique et constante dimensionalisée seront explicitées ainsi que la composition d’un système à l’équilibre et les lois régissant les déplacements d’équilibre. Plusieurs types d’équilibres chimiques en solution seront étudiés (acido-basique, précipitation, oxydo-réduction, complexation) et illustrés par des exemples variés lors des séances de TD ou TP

Cours et TD

1- Introduction. Rappels : Dérivés halogénés et alcools. 

2- Alcènes et Alcynes 

3- Composés aromatiques

4- Aldéhydes et cétones

5- Amines 

6- Acides carboxyliques et dérivés

Travaux pratiques

4 séances de TP de 4h sont prévues. 

TP1 : Alkylation de Friedel et Crafts.

TP2 : Réduction de la benzophénone. 

TP3 : Synthèse Magnésienne.

TP 4 : Synthèse de l’aspirine et tests d’identification de composés organiques

Cet enseignement a pour objectif de poser les bases de l’étude des fonctions principales rencontrées dans les molécules organiques (dérivés halogénés, alcools, alcènes-alcynes, composés aromatiques, aldéhydes et cétones, amines, acides carboxyliques et dérivés). Pour chaque fonction, seront abordés les aspects de synthèse, propriétés et réactivité.

1. Extraction/purification et caractérisation physico-chimique des acides nucléiques

2. Les outils moléculaires pour analyser et modifier les acides nucléiques

3.Régulation et fonction des gènes

4.L’ADN recombinant

5.Purification et caractérisation physico-chimique des protéines

6.Immunoprécipitation de protéines et analyse de leurs partenaires d’interaction

7. Immunoprécipitation de chromatine et retard sur gel

8.Cytomètrie de flux et FACS

9.Microscopie, Fluorescence et techniques avancées appliquées à la biologie

Apprentissage théorique, méthodologique et/ou pratique de techniques essentielles en biochimie, biologie moléculaire et cellulaire.

La génétique formelle, également qualifiée de mendélienne, est l’étude de la transmission de caractères héréditaires. L'objectif de l’UE est de fournir les concepts de cette science et ses modes d’analyse chez les bactéries, en particulier Escherichia coli, et les eucaryotes, en particulier, des végétaux, des mammifères, la mouche Drosophila melanogaster et la levure Saccharomyces cerevisiae. Ce dernier organisme modèle est utilisé au cours de l’unique TP qui se déroule sur deux séances. Cette UE s’appuie sur la méthode hypothético-déductive à savoir la confrontation entre les observations et les prédictions d’une hypothèse postulée. Elle constitue le socle des autres UE de génétique en Licence

Bases de la bioénergétique, de la thermodynamique, de l’enzymologie et du métabolisme (Voies Anaboliques : Voies des Pentoses, Métabolisme des Acides Aminés et des Acides Gras ; (Voies Cataboliques : Glycolyse, Pyruvate Deshydrogénase, Cycle de Krebs, Respiration et Fermentation).

Les enseignements abordent, à travers l’étude des systèmes nerveux, endocrine et immunitaire ces différents mécanismes et montrent la nécessité de ces modes de communication dans la coordination, la régulation et l’adaptation des différentes fonctions cellulaires, principalement au niveau des organismes pluricellulaires, assurant notamment l’homéostasie. Ainsi, les bases de l’électrophysiologie, de l’endocrinologie et de l’immunologie sont développées et serviront de support à la compréhension des autres enseignements de biologie  choisis par les étudiants dans leur parcours de formation.

L’objectif de l’UE est de comprendre les différents mécanismes de communication intercellulaire ainsi que les différentes voies de signalisation intracellulaire impliquées. Les enseignements abordent, à travers l’étude des systèmes nerveux, endocrine et immunitaire ces différents mécanismes et montrent la nécessité de ces modes de communication dans la coordination, la régulation et l’adaptation des différentes fonctions cellulaires, principalement au niveau des organismes pluricellulaires, assurant notamment l’homéostasie. Ainsi, les bases de l’électrophysiologie, de l’endocrinologie et de l’immunologie sont développées et serviront de support à la compréhension des autres enseignements de biologie  choisis par les étudiants dans leur parcours de formation.

Historique et perspectives de la génomique, séquençage, séquençage haut débit, banques de données, annotation, alignement de séquences,  programmation en Bio-python d'outils de comparaison de séquence (Dot-Plot), recherche de similarité dans les banques.

Mise en situation professionnelle par la rencontre de chercheurs dans un Institut de Recherche de Paris-Saclay durant plusieurs demi-journées.
Visites de plateformes de recherches de l'Université Paris-Saclay.

Cours Magistral

Introduction : Interactions rayonnement /matière. Présentation des différentes spectroscopies (échelle d'énergie & informations) 

Spectroscopie d'absorption UV-Visible : 

Les différents types de transitions. Principaux chromophores, absorptions caractéristiques des complexes inorganiques. Applications à la détection et à l'analyse quantitative. 

Spectroscopie Infra-Rouge :

Principes de la spectroscopie vibrationnelle, notions de vibration de groupes, effets isotopiques, effets électroniques, influence des interactions intermoléculaires. Application à l'analyse fonctionnelle. 

Spectroscopie RMN :

* Principe : cas des noyaux de spin ½ (1H, 13C, …) et autres noyaux de spin ½, abondance naturelle et sensibilité. Déplacements chimiques. Couplage entre noyaux (règle des 2nI +1 raies, constantes de couplage). 

* RMN 1H : gamme de déplacements chimiques, multiplicité, constantes de couplage, échange isotopique. 

* RMN 13C : différents types de spectres, gamme de déplacements chimiques. 

* Introduction rapide à la RMN d’autres noyaux. 

* Application à l'analyse structurale. 

Travaux Dirigés

Exercices d'analyse de spectres par technique puis problèmes globaux avec détermination structurale en utilisant les différentes techniques. 

Travaux Pratiques : 1 séance de 3 heures 

1. UV-Visible : Enregistrement de spectres et application au dosage.

2. Infra-Rouge : Enregistrement de spectres  en ABS et en ATR (solide et liquide) et analyse de spectres.

Introduction : Interactions rayonnement /matière. Présentation des différentes spectroscopies (échelle d'énergie & informations) 

Spectroscopie d'absorption UV-Visible : 

Les différents types de transitions. Principaux chromophores, absorptions caractéristiques des complexes inorganiques. Applications à la détection et à l'analyse quantitative. 

Spectroscopie Infra-Rouge :

Principes de la spectroscopie vibrationnelle, notions de vibration de groupes, effets isotopiques, effets électroniques, influence des interactions intermoléculaires. Application à l'analyse fonctionnelle. 

Spectroscopie RMN :

* Principe : cas des noyaux de spin ½ (1H, 13C, …) et autres noyaux de spin ½, abondance naturelle et sensibilité. Déplacements chimiques. Couplage entre noyaux (règle des 2nI +1 raies, constantes de couplage). 

* RMN 1H : gamme de déplacements chimiques, multiplicité, constantes de couplage, échange isotopique. 

* RMN 13C : différents types de spectres, gamme de déplacements chimiques. 

* Introduction rapide à la RMN d’autres noyaux. 

* Application à l'analyse structurale.

Aucun

Le premier cours est consacré aux relations entre la Terre et le vivant, notamment l'Humanité. Le "système Terre" est une machinerie complexe, qui offre les conditions favorables à la vie sous l'action combinée du soleil, du cycle de l'eau et de celui du carbone. L'humanité, après s'être sédentarisée et avoir mis à son service le reste du monde vivant, a désormais une telle influence sur son environnement qu'elle en vient à menacer ces équilibres. On introduit la notion de services rendus par les éco-systèmes et celle d’empreinte écologique.

La seconde séance est articulée autour des trois champs d’organisation de la société : politique, droit et économie. Le fonctionnement des systèmes politiques est mis à l’épreuve par la « collision » des échelles de temps : l’immédiateté des attentes se heurte à la nécessaire vision de long terme. Le droit, à l’origine simple accompagnateur de la prédation de l’environnement, est peu à peu amené à se transformer pour tenir compte des limites planétaires. Enfin, sur le plan économique, la « tragédie des biens communs » illustre le fait qu’une ressource partagée ne peut être durablement gérée sans arbitrage commun.

Le troisième cours fait le lien traite l'amont et l'aval de nos systèmes productifs. La consommation d'énergie est le fondement du système économique. Après avoir analysé les voies très diverses par lesquelles l'énergie est mise à disposition, quelques ordres de grandeur des consommations aux échelles globales et individuelles sont présentés, en soulignant la place dominante des énergies fossiles - en dépit de leurs conséquences climatiques et environnementales. Les pollutions des eaux, de l'atmosphère et des sols sont discutées, en démontrant leurs conséquences parfois très concrètes sur la santé des humains et des écosystèmes.

La quatrième séance est dédiée à la biodiversité, qui se décline en termes d’espèces, de différenciation génétique au sein d’une espèce et d’écosystèmes regroupant des espèces en interaction entre elles et avec leur milieu naturel. Elle est confrontée à deux menaces importantes : le changement d'usage des terres et le phénomène de surexploitation.

La cinquième séance présente les trois autres menaces sur la biodiversité : le changement climatique, les pollutions et les espèces envahissantes. On y découvre les modèles développés pour prévoir l’évolution de la biodiversité en réponse au réchauffement climatique. Les mesures visant à réduire le réchauffement sont discutées à l’aune de leur impact, pas toujours favorable, sur la biodiversité.

La sixième séance présente les principales caractéristiques du système climatique et fait le lien entre le changement climatique et les émissions de gaz à effet de serre par les différents secteurs d’activité humaine. Les diverses méthodes d’étude du climat sont présentées, ainsi que les modèles de climat, leurs bases physiques et la manière dont ils sont contraints par les données témoignant des climats passés et les observations actuelles.

La septième séance aborde la manière de projeter les climats futurs, à partir de scénarios d'émissions de gaz à effet de serre eux-mêmes dépendant des choix de société. On y décrit certaines manifestations importantes du changement climatique, notamment la multiplication d'événements climatiques extrêmes en France et ailleurs dans le monde. Les impacts de ces changements physiques sur les cultures, la végétation et les écosystèmes marins tout comme sur la santé humaine sont abordés.

La huitième séance présente les processus d’adaptation aux changements climatiques et les transformations de société et de gouvernance que cette adaptation impose. Deux secteurs sont choisis pour illustrer le processus d’adaptation : celui de la santé publique et celui de l’agriculture.

La neuvième séance est consacrée aux pistes possibles pour limiter le réchauffement et lutter contre l’érosion de la biodiversité. Cela suppose d’atteindre des émissions nettes de CO2 nulles d'ici 2050, et de revoir notre rapport au vivant et nos modes d’appropriation des terres et des mers. Il faut donc repenser nos façons de produire, travailler, consommer, nous déplacer tout en visant l’équité sociale, ce qui implique nécessairement des compromis dans nos choix sociétaux, économiques et technologiques.

Le principal objectif de cet enseignement est de faire comprendre les mécanismes et conséquences liés au réchauffement climatique et à l’érosion de la biodiversité, ainsi que leurs relations avec nos modes de vie et de consommation. Plus généralement, il s’agira d’acquérir une vision transversale pour appréhender les changements globaux, notamment en lien avec les objectifs de développement durable de l’ONU et le concept de limites planétaires. Les perspectives d’adaptation et de remédiation aux grandes transformations sont également présentées.

L’ensemble des cours est disponible en ligne, en version asynchrone. Le cours se décompose en 9 chapitres, complétés par un TD (ce dernier est proposé en direct, mais son enregistrement est mis en ligne pour les absents). Une ou deux séances de questions-réponses en direct sont également organisées. Un contrôle continu est associé à chaque cours, et un examen final est organisé en fin de session.

Développer une compréhension systémique des enjeux de la transition écologique, dans une approche pluri/transdisciplinaire : articuler différentes échelles de temps et d’espaces, appréhender le concept de limites planétaires, comprendre l’organisation du vivant sur le système Terre, savoir reconnaitre et classer les services fournis par les écosystèmes, faire le lien entre production, consommation et conséquences environnementales.

Etre capable de se projeter dans l’avenir : distinguer prévision et prospective, situer les évolutions actuelles du système terre et les projections pour l’avenir par rapport aux évolutions passées, comprendre comment sont construits modèles et scénarios, identifier les leviers d’adaptation et de transformation des sociétés.

Enjeux de la transition écologique (coll. Sous la direction de Jean-Michel Lourtioz, Jane Lecomte et Sophie Szopa), EDP Sciences, http://doi.org/10.1051/978-2-7598-2661-2