M1 Physique et Applications

L’enseignement sera composé de séances de cours et TD complétées par un volet conséquent de travaux pratiques sous forme de mini-projets. L’un des mini-projets se déroule en partie de nuit. Le contrôle de l’acquisition des connaissances se fait sous la forme d’un partiel écrit de 2h, d’un examen écrit de 2h, et d’une évaluation des deux TP-projets par contrôle continu et soutenance.

L’objectif de cette UE est de présenter les fondements des différentes disciplines de l’astrophysique, en mettant l’accent sur les observations. Les grands principes de l’astrophysique et les principales techniques d’observation seront présentés et mis en application sur les différents objets de l’Univers. Les thèmes abordés en cours sont :
1) Gravitation et constituants de l’univers
2) Planètes du système solaire et exoplanètes
3) Formation, vie et mort des étoiles
4) Objets extrêmes
5) Cosmologie
Le cours et les TD sont complétés par deux TP-projet :
- Le 1er porte sur la prise et/ou l’analyse de données télescopiques, avec plusieurs sujets au choix : Rotation de Jupiter par effet Doppler, spectroscopie de la Lune, transit photométrique d’une exoplanète…
- Le 2ème est à choisir entre un sujet de simulation numérique du cycle de vie des étoiles, et un sujet d’analyse en laboratoire par spectroscopie de grains météoritiques.

L’UE s’adresse aux étudiants ayant suivi une L3 de physique. Aucune connaissance préalable en astrophysique n’est nécessaire.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Le MOOC se déroule de septembre à novembre. Des livrables sont attendus par les étudiants selon un calendrier défini, et ils ont à évaluer d'autres travaux de leurs pairs. A l'issue de la journée de visite en entreprise qui a lieu en décembre, les étudiants doivent rédiger un court compte-rendu de visite.

Cette UE comporte un MOOC "gestion de projet" proposé par une équipe de l'école centrale de Lille, ainsi qu'une journée de visite en entreprise.

Aucun.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Objectifs :
-Donner un panorama des questions environnementales et planétaires au travers de 10 conférences sur des sujets d’actualité liés à l’environnement et à la planète.
-Comprendre la pluridisciplinarité des questions liées à l’environnement,
-Donner un aperçu du travail de terrain, Savoir aborder un problème environnemental sous plusieurs angles

Cette UE comporte un cycle de 10 conférences sur les grands défis de l'environnement présentées par des intervenants extérieurs variés (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens). Les thèmes généraux abordés sont les suivants :
-Sociétés et Environnement
-Droit et politique de l’Environnement
-Energie / déchets
-Planétologie et exploration spatiale
-Géologie et ressources naturelles
-Hydrologie, eau (ressources, pollutions, etc…)
-Climatologie
-Chimie de l’environnement
-Physique de l’environnement

L’UE s’étale entre septembre et décembre. Elle est évaluée par un rapport portant sur une des conférences que doit rendre l’étudiant.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

5 séances de cours-TD (3H30 – 17H30 au total) ; 2 séances de TP informatisé (3H30 – 7H au total)

Deux séances de TP informatisées reprennent les concepts importants du cours. Un cas d'un matériau nucléaire est considéré: l'utilisation du logiciel cherche à reproduire les sources de l'endommagement et à estimer ses principales caractéristiques.

L'objectif du cours est de définir la classe des matériaux nucléaires, leur spécificité en termes de sollicitations extrêmes sous irradiation, la compréhension des mécanismes d'interaction projectile-solide et d'endommagement associé à l'échelle atomique, et l'examen de transformations (micro)structurales sous irradiation.
1 – Demande énergétique et place de l'énergie nucléaire. 2 – Concepts fondamentaux en sciences des matériaux : classes de solides, spécificité des matériaux nucléaires. Sources de rayonnement : radioactivités, matériaux soumis à l'irradiation (combustible, matrices de transmutation, confinement et stockage, matériaux de structure). 3 – Physique de l'irradiation à l'échelle atomique : interactions particule chargée-matière et neutron-matière. Destinée du solide irradié : défauts dans les solides, processus d'endommagement par collisions balistiques et électroniques. Description du code de simulation SRIM. 4 – Évolution sous irradiation : exemples de transformations (micro)structurales sous irradiation (amorphisation, transformation mono-polycristal, transformation de phase solide-solide).

Physique de niveau Licence ; mécanique classique.

Clément Lemaignan, Sciences des Matériaux pour le Nucléaire, Collection Génie Atomique, EDP Sciences.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

But : initiation aux calculs de transferts thermiques
Contenu du cours :
- Introduction aux différents processus qui interviennent
- Diffusion thermique : loi de Fourier, conservation de la chaleur, notion de résistance thermique, régimes transitoires
- Convection : exemples, méthode de calcul des coefficients d'échange par convection
- Rayonnement : rayonnement du corps noir, émissivité d'une surface, applications
- Echangeurs thermiques
Applications : il y a de très gros enjeux du point de vue des économies d'énergie, mais cette science intervient aussi pour la conception de nombreux appareils (cryostats, fours, chaudières, pompe à chaleur...). Pour la physique fondamentale : c'est une science très importante pour les expérimentateurs car elle permet la détermination de la température réelle d'un échantillon, l'évaluation de l'homogénéité de la température dans un système, elle est au centre de l'effet thermoélectrique...

Maitrise des opérateurs usuels (gradient, Laplacien, divergence ou rotationnel), résolution des équations différentielles, thermodynamique.

Septembre - Octobre.

ORSAY

La partie du cours consacrée aux bases sur les propriétés des matériaux terrestres et des grandes structures terrestres occupe la première moitié des enseignements. Elle est suivie d'une séance de travaux pratiques (TP) généralement avant la Toussaint. Celle-ci permet l'utilisation des instruments de mesures géophysiques sur le campus à l'extérieur des bâtiments : d'une année à l'autre, les cibles peuvent être de différentes natures, canalisations enfouies, strates du sous-sol, humidité du sol, etc. L'ensemble des séances suivantes est consacré à l'analyse des mesures du TP et donnera lieu à un rapport individuel comptant pour moitié de la note finale.

L'option "géophysique" concerne l'un des domaines d'application de la physique, celui de l'étude et l'exploration des structures internes de la Terre. S'adressant aux étudiants physiciens, cette option permet de reprendre et compléter des notions relatives à plusieurs propriétés physiques des matériaux (mécaniques, magnétiques, électriques, électromagnétiques, thermiques) tout en abordant l'étude de la composition et de la dynamique de la Terre (depuis la croute jusqu'au noyau) à l'aide de méthodes permettant sa caractérisation (imagerie du sous-sol).
La première partie introduit les matériaux terrestres et décrit les grandes structures terrestres à l'aide de différentes méthodes :
- Séismes et imagerie sismologique
- Minéralogie et magnétisme terrestre
- Electromagnétisme terrestre
- Transferts de chaleur et géodynamique
La seconde partie est une introduction à la géophysique appliquée, consacrée à des séances de mesures et d'interprétation (visualisation, traitement, modélisation, inversion/imagerie) utilisées en prospection :
- Sismique réfraction
- Prospection électrique
- Radar de sol
- Magnétométrie.

Des notions préalables en physique des roches facilitent le suivi de ce cours optionnel, néanmoins certaines bases sont rappelées lors du cours. Aussi il est souhaité mais pas nécessaire d'avoir suivi le cours de L3 d'introduction à la géophysique.

Richard J. Blakely 1996, Cambridge Univ. Press, "Potential Theory in Gravity & Magnetic Applications", 441 p Michel Cara, Editions Bordas 1989, "Géophysique", 186 p Jean-Jacques Delcourt, Editions Masson 1990, "Magnétisme Terrestre : Introduction", 316 p Donald L. Turcotte & Gerald Schubert, Wiley Editor 1982, "Geodynamics: Application of Continuous Physics to Geological Problems", 450 p.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

7 séances de cours-TD.

L’objectif principal de cet enseignement est de présenter une approche pragmatique de la mise en œuvre de méthodes numériques dans la modélisation et la simulation en Physique. Il s’appuie sur une introduction pratique des concepts et algorithmes, illustrés par la programmation en langage informatique (Python) et/ou l’utilisation d’un logiciel de calcul (MATLAB) sur des exemples physiques concrets, qui sans ces outils seraient beaucoup plus difficilement accessibles.
La capacité visée est celle de formuler des solutions numériques à un problème d’ingénierie scientifique, à les mettre en œuvre et à en évaluer les qualités et les limites.
Cette UE abordera quelques thèmes permettant d’illustrer les méthodes de modélisation numérique et de l’analyse de données :
-Recherche numérique des zéros d’une fonction
-Interpolation, dérivation et intégration numérique
-Etude statistique de données et analyse spectrale
-Algèbre linéaire : résolution de systèmes linéaires, valeurs et vecteurs propres, matrices creuses, …
-Résolution d’équations différentielles ordinaires et aux dérivées partielles
-Probabilités et Méthodes de type Monte-Carlo.

Niveau L3 en sciences et technologies, en mathématiques et physiques, nécessaire à la compréhension des concepts sous-jacents et aux exemples d’illustration. Pratique suffisante de l’environnement informatique (Windows ou Linux) ainsi que de l’algorithmique élémentaire.

J. Rappaz , M. Picasso, Introduction à l'analyse numérique, PPUR (2010) J.P Grivet, Méthodes numériques appliquées : pour le scientifique et l’ingénieur, EDP ((2013).

Septembre - Octobre.

ORSAY

Philippe Gondret, Professeur, section 60, Faculté des Sciences d’Orsay.

7 semaines avec 2h de cours et 2h de TD à chaque fois. Un examen final début novembre.

Maîtriser les bases tensorielles de la mécanique des fluides et de résolution de l'équation de Navier-Stokes.

Description synthétique :
Equations bilan
Tenseurs des taux de déformation et des contraintes
Equation de Navier-Stokes et techniques de résolution
Analyse dimensionnnelle, similitude
Régimes inertiels et visqueux
Introduction aux couches limites.

Maîtrise des équations aux dérivées partielles.

E. Guyon, J.-P. Hulin et L. Petit, Hydrodynamique physique (EDP Sciences, Collection Savoirs Actuels, 3ème édition, 2012).

Septembre - Octobre.

GIF-SUR-YVETTE

L'unité d'enseignement aborde le monde des nanotechnologies par une approche expérimentale. Elle est proposée aux étudiants de master de différentes filières et se découpe en trois parties : nanoélectronique, microscopie en champ proche et microscopie électronique ; ce qui permet de mettre en évidence l'interdisciplinarité des nanotechnologies dans les domaines des sciences physiques et chimiques, de l'électronique, de l'informatique et du traitement des données.

DESCRIPTION SYNTHÉTIQUE DE L’UE :
Nanoélectronique :
- microélectronique ultime CMOS
- nanoélectronique à base de carbone (nanotubes, graphène)
- structures à blocage de Coulomb
- réalisation structures en salle blanche et caractérisation (AFM, électrique)
- spintronique
Microscopie de champ proche :
- nanoscopie par effet tunnel (STM)
- nanoscopie à force atomique (AFM)
- acquisition en STM d'images de surfaces et mesures par spectroscopie tunnel
Microscopie électronique :
- imagerie, notion de résolution, interaction élastique incohérente, interaction élastique cohérente
- nano-analyse chimique
- synthèse par arc électrique de nanotubes
- observation au microscope et mesures par spectroscopie de pertes d'énergie d'électron.

Des bases en mécanique quantique et en physique du composant sont fortement recommandées.

Les Nanosciences - Tome 1, Nanotechnologies et nanophysique, de Marcel Lahmani, Claire Dupas et Philippe Houdy, édité par Belin (Collection Echelles) en 2004 ou 2006.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

L’UE a lieu sur 14 demi-journées de septembre à janvier pour un total de 48h par étudiant. L’ensemble des cours, excepté les TP IRM/Ultra-sons (CEA SHFJ, Orsay), a lieu dans le bâtiment hbar. Les enseignements sont dispensés par des chercheurs, enseignants-chercheurs et physiciens médicaux.

La physique médicale a pour objectif d’optimiser les actes diagnostiques (médecine nucléaire, radiologie, IRM…) et thérapeutiques (radiothérapie, curiethérapie…) pour répondre à des enjeux de santé publique. Ce sous-domaine de la physique fait appel à de nombreuses bases théoriques enseignées à la fois en physique fondamentale et physique appliquée : traitement du signal, détecteurs, physique nucléaire, interactions rayonnements-matière… et ouvre la voie vers des carrières multiples et variées (développement et recherche industriels, carrières en laboratoires, carrières hospitalières). L’objectif de l’enseignement proposé vise à familiariser les étudiants avec les notions de base de la physique médicale pour des applications dans des domaines médicaux variés tels que la cancérologie, la neurologie ou la cardiologie.

?Principaux thèmes abordés :
oRappels physiques : physique atomique, radioactivité, interactions rayonnements-matière
oGrands instruments : cyclotrons, synchrotrons, accélérateurs à plasma laser
oTraitements focalisés : radiothérapie, curiethérapie, ultra-sons focalisés
oImagerie : IRM, US, médecine nucléaire, radiologie, scanographie
oPhysique de la cellule.

-physique atomique -Electromagnétisme.

-Handbook of Radiotherapy Physics: Theory and Practice, P. Mayles, A Nahum, J.C Rosenwald -Handbook of Particle Detection and Imaging, C. Grupen, I. Buvat -Handbook of MRI pulse sequences, M.A. Berstein, Elsevier -Magnetic Resonance Imaging Physical Prin.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

13 séances à raison d’une séance hebdomadaire de 4 heures, y compris deux présentations sous formes de séminaires et une visite de laboratoire (GEMaC).

Ce cours a pour but d'introduire les notions fondamentales de la physique des semi-conducteurs, permettant d'appréhender les propriétés de transport et les propriétés optiques de structures semi-conductrices.
Plan succinct du cours :
1. "Rappels" de physique des solides : Théorie des fonctions d'onde électroniques dans les solides cristallins avec modèle de l'électron libre (Sommerfeld), modèle de l'électron quasi-libre (Bloch-Brillouin), approximation des bords de bandes paraboliques, notion de masse effective.
2. Semi-conducteur à l'équilibre et hors équilibre. A l'équilibre : densité de porteurs, semi-conducteur intrinsèque, semi-conducteur extrinsèque. Hors équilibre : courant de dérive/de diffusion, potentiel électrochimique, génération/recombinaison, équations de continuité.
3. Jonction : interfaces entre matériaux, un exemple : la jonction PN.
4. Optique des semi-conducteurs :
a. Processus optiques : absorption, émission spontanée, émission stimulée
b. Emission spontanée : Diodes électroluminescentes (LEDs)
c. Emission stimulée : Laser à semi-conducteur
d. Absorption : Photo-détecteurs.

Les notions et concepts introduits s'appuient sur le cours de "Physique de la matière condensée" dispensé dans le tronc commun. Des notions de mécanique quantique sont également nécessaires.

N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid state physics H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques P. Y. Yu and M. Cardona, Fundamentals of semiconductors.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Sébastien Galtier Tiberiu Minea Jean-Marcel Rax.

This set of lectures is devoted to an introduction to plasma physics and its applications: in particular, thermonuclear fusion (ITER), space plasmas and plasma discharges, reactors and thrusters.
1)Basic plasma physics:
- Characteristic length (London, Debye, Kelvin, Landau), velocity and time scales (Langmuir, Maxwell)
- Collective effects: electric and magnetic screenings
- Elementary theory of transport, mobility and diffusion
- Element of kinetic theory: Vlasov and Fokker-Planck equations
- Wave and instability: ion acoustic wave, electron plasma wave (Langmuir modes)
2)Advanced plasma physics:
- From a kinetic to a fluid description
- MHD equations: derivation and limits, Alfvén theorem and magnetic topology
- Magnetic tension, Alfvén and magneto-acoustic waves
- Magnetic reconnection: slow and fast, the MRI experiment and space applications
- Static equilibrium: cylindrical case and the Grad-Shafranov equation for tokamaks
3) Applied plasma physics
- Discharge physics: high pressure, low pressure, breakdown criteria
- Thermonuclear reactor and fusion physics
- Introduction to capacitive, inductive and microwave reactors
- Plasma thrusters.

Electrodynamics of continuous media.

R.J. Goldston & P.H. Rutherford, Introduction to plasma physics, IOP, 1995 F.F. Chen, Introduction to plasma physics, Plenum, 1974 P.A. Davidson, An introduction to MHD, Cambridge, 2001 J.M. Rax, Physique des plasmas, Dunod, 2005 S. Galtier, Introduction to modern magnetohydrodynamics, Cambridge University Press, 2016.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Tiberiu MINEA (UPSaclay) Richard GIL (UPSaclay) Cyril SZOPA (UVSQ).

Les cours ont lieu tous les jeudis entre janvier et mars. Les premières séances concernent les pollutions physiques. Les dernières séances traitent de pollutions chimiques et plus particulièrement de pollutions atmosphériques.

Cet enseignement permet pour un non initié d'appréhender les notions de pollutions physiques et chimiques et d'en comprendre les impacts sur l'environnement. Une partie est consacrée à la compréhension des nuisances physiques telles que les rayonnements ou le bruit. Une seconde partie est consacrée aux pollutions chimiques et l'impact sur la biosphère et plus particulièrement sur l'atmosphère.
La première partie de l'UE commence par une introduction générale et continue par la présentation de nuisances ou de pollutions physiques telles que le bruit et les rayonnements ionisants ou non, ainsi que de l'effet de serre.
La seconde partie est consacrée aux pollutions chimiques. Les notions de substances, de flux de matière et d'énergie sont abordées. L'étude des propriétés physico-chimiques des substances permet de comprendre comment les polluants circulent entre les compartiments de la biosphère et plus particulièrement dans l'atmosphère. L'impact de ces polluants sur l'environnement et sur la santé humaine est également abordé.
Quelques accidents de l'industrie chimique et leurs conséquences sur l'environnement seront également décrits.

Cette UE est ouverte à des étudiants scientifiques ou juristes provenant de mentions différentes. Il n'est demandé aucun pré-requis.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

- Physique statistique : introduction , C. Ngô et H. Ngô, Dunod, 2008 (3eme éd.). - Physique statistique , B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Hermann, 1996. - Éléments de physique statistique , S. Vauclair, Dunod, 1993. - Thermodynamique et physi.

Statistique quantique de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein.
Changement de phase thermodynamique.

DESCRIPTION SYNTHÉTIQUE DE L'UE :
- Description statistique exacte dans l'ensemble grand-canonique
- Approximation de champ moyen --potentiel effectif
- Distributions de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein
- Densité d'état (spectrale) à une particule (calcul semi-classique puis calcul quantique)
- Formules intégrales des grandeurs statistiques
- Niveau de Fermi
- Condensation de Bose-Einstein
- Modèle d'Ising.

- Ensembles d'équilibre thermodynamique (microcanonique, canonique et grand-canonique) - États propres et énergies propres d'un hamiltonien en mécanique quantique.

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Acquérir une vision globale de la problématique de l'énergie, y compris la question de l'effet de serre, et une connaissance d'ensemble de grandes filières de production décarbonées.

L'UE commence par une mise en perspective générale : lien entre énergie et économie, notion de conversion et d'efficacité, disponibilité globale des ressources. La première source étudiée est le solaire photovoltaïque, après une présentation de la physique des semi-conducteurs. La question de l'effet de serre fait l'objet d'un cours. Le nucléaire de fission, aujourd'hui la principale source d'électricité en France, et le nucléaire du fusion, objet d'une R&D intense depuis des décennies, sont le sujet d'une séance chacun. Enfin le solaire passif est également présenté. En complément d'un examen classique, les étudiants préparent un rapport sur une question énergétique de leur choix.

Pas de pré-requis particulier.

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Kamel Boukheddaden.

Le cours est fait sous forme d'enseignements magistraux sur un support powerpoint accompagné le plus souvent pas des développements au tableau, avec un rythme adapté à la discipline, le tout en présentiel. Des fascicules de cours et d'exercices sont remis à l'avance aux étudiants. Chaque cours est suivi de problèmes d'approfondissement corrigés et commentés au tableau. L'aspect très technique de la discipline exige la présence physique des étudiants en cours. Le contrôle des connaissances a lieu via deux évaluations (contrôles continus) et un partiel.

Description thermodynamique des états de la matière (notions de thermodynamique macroscopique) : état macroscopique, fonction d'état, état d'équilibre, notion de température, de travail, de chaleur et d'entropie. Variable intensives et extensives. Enthalpie, énergie libre, entropie, …
Thermodynamique Microscopique : du micro au macro.
Quelques outils utiles : dénombrements, probabilités. Le problème à N corps et nécessité d'une description statistique. Historique de la thermodynamique.
Les ensembles statistiques. Ensemble microcanonique (survol): micro-, macro-états, entropie statistique, température statistique. Espace des phases, Travail à l'échelle microscopique, chaleur à l'échelle microscopique. Postulats, équilibre thermodynamique, Principe ergodique. Applications.
Ensemble canonique : distribution canonique, fonction de partition, distribution de Boltzmann. Systèmes classiques, quantiques. Statistique de Maxwell-Boltzmann, théorème d'équipartition de l'énergie. Applications : anomalie Schottky, loi d'Arrhenius, énergie d'activation, applications magnétisme, en optique etc.

Systèmes en interaction : Problématique des systèmes à N corps en interaction. Notions de transition de phase et classification : 1er ordre, 2nd ordre. Approximation du champ moyen, modèle de Landau. Modèle d'Ising. Applications. Le gaz de van der waals. Isothermes, plateau de Maxwell.

Rudiments de mécanique quantique, connaissances de base en statistique et probabilités ; en thermodynamique macroscopique, en mécanique classique, en physique du solide (facultatives).

C. Lhuillier et J. Rous, Introduction à la thermodynamique , Dunod, 1994, B. Jancovici, Thermodynamique et Physique Statistique , collection 128, Nathan, 1996, Hung T. Diep, Physique statistique , ellipses, 2006 (une mine d'exercices), B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Physique statistique , Hermann 1989 (une référence très complète et très dense), D. L. Goodstein, States of Matter Englewood Cliffs, 1975 (en anglais, niveau plus élevé) Statistical Mechanics and Thermodynamics (Claude Garrod), 1995, Oxford University Press.

Septembre - Octobre.

ORSAY

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Pierre Billaud Séverine Boyé-Péronne Marion Jacquey.

Cette UE se déroule de septembre à décembre. L’équipe est constituée d’enseignants-chercheurs qui utilisent les lasers quotidiennement dans leur activité de recherche. Les TD sont construits de façon à permettre aux étudiants de travailler en autonomie et à leur rythme, les enseignants apportant des réponses individualisées aux questions posées et interagissant avec les étudiants tout au long de la séance. Les étudiants ont la possibilité de rendre 2 problèmes à la maison (non notés mais corrigés par les enseignants) pour approfondir certaines parties du cours et s’entraîner pour l’examen final. Un corrigé détaillé est distribué systématiquement à la fin de chaque TD.

Ce cours aborde les propriétés des éléments constitutifs de tout laser, détaille leur fonctionnement individuel ainsi que les conditions de leur couplage. Une deuxième partie est consacrée à la polarisation de la lumière et à l'interféromètre de Fabry-Perot.
Plan du cours :
I- Introduction aux lasers
2- Rappels d'optique géométrique pour l'étude des cavités lasers
3- Cavités lasers
4- Faisceaux gaussiens
5- Principe de base des amplificateurs lasers
6- Introduction à la théorie du laser
7- Polarisation de la lumière - Lames anisotropes
8- Interféromètre de Fabry-Perot.

-Optique géométrique (lois de Snell-Descartes, lentilles minces, miroirs sphériques) -Optique ondulatoire (onde plane, onde sphérique, diffraction) -Electromagnétisme (équations de Maxwell) -Notions de mécanique quantique (systèmes quantiques à deux nivea.

- « Lasers et Optique non linéaire » - Ch. Delsart – Editions Ellipses (Cours et exercices corrigés niveau M1 et M2)

- « Les lasers - Cours et exercices corrigés » - D. Hennequin, V. Zehnlé et D. Dangoisse,– Editions Dunot (niveau L3 et M1)

- « Lasers.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

X.

Dans cette première UE de Physique expérimentale, 2 journées de TP d'optique sont proposées aux étudiants afin de leur permettre de mettre en illustration les concepts vus dans le cours de tronc commun "Optique et Lasers".
Un premier TP "Laser à colorant" permet aux étudiants de monter une cavité laser dont le milieu amplificateur est une solution de colorant. Une fois la cavité laser réglée, les étudiants caractérisent le rayonnement généré en termes de puissance lumineuse, de plage de fonctionnement, de divergence et de polarisation. Ils exploitent ensuite la finesse spectrale de cette source laser pour réaliser une expérience de résonance optique dans une lampe à vapeur de sodium.

Un deuxième TP est consacré à l'interféromètre de Fabry-Perot. Les étudiants apprennent à le régler et le caractériser, puis ils l'utilisent pour mesurer la largeur spectrale d'une source et visualiser les modes spectraux d'un laser Helium-Neon.

Cours de l'UE Optique et Lasers.

Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Laurent Audouin Zahia Djouadi Tiina Suomijarvi.

L’objectif de ce cours est de donner une base solide pour les nombreuses applications de la physique nucléaire en particulier dans les domaines d’industrie, de médicale et d’environnement.

Le cours comprend les sujets suivants.
•Le noyau atomique
•La force nucléaire forte et l’énergie de liaison
•Les modèles et les excitations nucléaires
•La radioactivité
•Les réactions nucléaires
•Exemples des réactions nucléaires : la fusion et la fission, la diffusion et les réactions de transfert
•Les interactions avec la matière
•Les applications : industrielle, médicales et à l’environnement
•Les applications à l’astrophysique

Chaque sujet est illustré par des exemples dans les Travaux Dirigés.

L3 Physique ou similaire.

•Manuel de radioactivité, Jacques FOOS, Formascience (3 volumes) •Introduction to Nuclear and Particle Physics, A. Das and T. Ferbel, World Scientific •Le monde subatomique, Luc Valentin, Hermann, Editeurs des sciences et des arts.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Se familiariser avec les base nécessaires et les techniques du traitement du signal pour l’application dans les différentes branches de la Physique. Applications sur des exemples concrets lors des TPs (signaux et images).

Bases théoriques pour physiciens (cours et TD) : Bruits et signaux, Statistiques, Outils mathématiques, Analyse de Fourier, Echantillonnage, Systèmes Linéaires Invariants, Filtrages. TP Matlab.

•Bases de statistiques •Bases de Mathématiques et Physique de niveau L2.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Patrick Puzo Sophie Kazamias.

Suite de cours et TD entrelacés pour une approche pédagogique efficace.

La 1re partie se propose d’aborder les processus d'interaction du rayonnement avec la matière en introduisant des concepts tels que ionisation, perte d'énergie, parcours, diffusion, rayonnement de freinage, ...
L’objectif final est de transmettre les connaissances de base sur les techniques de détection des rayonnements ionisants pour la physique nucléaire et la physique des particules, ainsi que leurs applications en industrie et médecine.

La 2e partie est une introduction aux accélérateurs de particules. On détaillera les méthodes d’accélération actuelles, ainsi les nouvelles idées développées pour le futur, en soulignant tout particulièrement le rôle de l’accélération à l’aide de plasmas. On se concentrera ensuite sur les effets du champ électromagnétique sur les particules chargées, considérées individuellement puis dans un paquet. On terminera le cours en abordant les effets collectifs.

Enfin, la 3e partie fera la synthèse des deux parties précédentes en prenant un ou deux exemples de détecteurs placés auprès d’un accélérateur.

Pour aborder cet enseignement, il convient d’avoir de bonnes bases d’électromagnétisme classique. Des connaissances plus succinctes en relativité restreinte, en physique des plasmas et en physique des particules élémentaires sont également nécessaires.

J.D. Jackson, Electrodynamique classique, 3e édition, Dunod, Paris, 2001 D. Green, The Physics of Particle Detectors, 2010 C. Joram, Particle detectors, CERN Summer Student Lectures, 2002 Suite de cours et TD entrelacés pour une approche pédagogique efficace.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Le MOOC se déroule de septembre à novembre. Des livrables sont attendus par les étudiants selon un calendrier défini, et ils ont à évaluer d'autres travaux de leurs pairs. A l'issue de la journée de visite en entreprise qui a lieu en décembre, les étudiants doivent rédiger un court compte-rendu de visite.

Cette UE comporte un MOOC "gestion de projet" proposé par une équipe de l'école centrale de Lille, ainsi qu'une journée de visite en entreprise.

Aucun.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

7 séances de 3h30 de cours.

En complément de l'UE "Ressources en énergie", on termine le tour d'horizon des grandes resources (éolien) et on introduit la production et le stockage de l'électricité ainsi que la prise en compte de l'intermittence des sources renouvelables ; on présente également les concepts de l'efficacité énergétique pour les batiments.

UE Ressources en énergie du même parcours.

Janvier;Février;Mars.

GIF-SUR-YVETTE

Les TDs seront intégrés au cours. Une séance sera consacrée à des TPs et démonstrations.

La réponse de la matière à une sollicitation est d’autant plus importante que les matériaux sont mous. C’est donc tout naturellement que les matériaux à faibles modules élastiques ont leur place dans la vie de tous les jours. Mais ces matériaux ont souvent un comportement plus complexe, parfois entre solide et liquide ou de viscosité complexe.
Le but de ce cours est d’introduire des bases de physique des milieux continus permettant de modéliser ces écoulements et ces déformations complexes.
Les lois de l’élasticité et de l’écoulement visqueux seront introduites dans des cas simples afin d’avoir une base solide pour décrire les comportements plus complexes de la matière et présenter des modèles simples de rhéophysique. Nous nous attacherons à faire le lien entre ces comportements macroscopiques la structure microscopique des matériaux.
Nous montrerons que ce genre de comportements peuvent se retrouver à 2 dimensions aux interfaces liquide/liquide ou liquide/air. Ainsi les vésicules telles les globules rouges, par exemple, sont des membranes viscoélastiques dont les propriétés mécaniques impactent fortement le comportement des vésicules.

Les notions de mécanique des matériaux et d’hydrodynamique nécessaires à la compréhension du cours seront rappelées en début de cours. Néanmoins, nous nous appuierons sur les notions de bases concernant la mécanique (force, contrainte, déformation, énergie) et les écoulements de liquides visqueux.

Rhéophysique ou comment coule la matière ? Patrick Oswald, Belin, collection Echelles.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

L’esprit de cette option s’inspire de la thermodynamique statistique (hors équilibre) dans
le sens où partant du microscopique on aboutit, après des moyennes adéquates, au macroscopique. Dans le cas
de la neutronique, la brique de base est la marche aléatoire du neutron. Entre deux collisions
successives le neutron se déplace en ligne droite selon une loi exponentielle. En fait, de tels processus, appelés
marches aléatoires (branchantes) ou processus (branchants), se rencontrent dans de nombreux domaines des
sciences (biologie animale, génétique, physique, chimie, mathématiques, médecine). L’option se veut une introduction à ces phénomènes aléatoires et ses
nombreuses applications. Pour cela plusieurs idées probabilistes en relation
avec la physique seront introduites : l'équation maîtresse, le mouvement brownien,
l'équation de Fokker-Planck et les processsus de Markov. Ensuite nous aborderons la diffusion des neutrons,
c'est à dire la diffusion avec absorption. L'option se
termine par une initiation à la méthode de Monte Carlo, notamment l’échantillonnage de lois, qui permet de
résoudre par une approche probabiliste les équations établies en cours.

Si l’option ne nécessite aucun prérequis en physique, en revanche plusieurs notions mathématiques sont bienvenues. En probabilité : espérance et variance de variables aléatoires, fonction génératrice, somme de variables aléatoires indépendantes. En analyse : transformée de Fourier, équations différentielles linéaires, propriétés de la distribution de Dirac et des fonctions harmoniques. Tous ces résultats mathématiques seront rappelés dans un fascicule qui sera distribué au début du cours.

Polycopié du cours • Cours de B. Houchmandzadeh sur les processus stochastiques: https://www-liphy.ujf-grenoble.fr/pagesperso/bahram/ • P. Krapivsky, S. Redner, E. Ben-Naim, «A kinetic view of statistical physics», Cambridge University Press (2010).

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

But : initiation aux calculs de transferts thermiques
Contenu du cours :
- Introduction aux différents processus qui interviennent
- Diffusion thermique : loi de Fourier, conservation de la chaleur, notion de résistance thermique, régimes transitoires
- Convection : exemples, méthode de calcul des coefficients d'échange par convection
- Rayonnement : rayonnement du corps noir, émissivité d'une surface, applications
- Echangeurs thermiques
Applications : il y a de très gros enjeux du point de vue des économies d'énergie, mais cette science intervient aussi pour la conception de nombreux appareils (cryostats, fours, chaudières, pompe à chaleur...). Pour la physique fondamentale : c'est une science très importante pour les expérimentateurs car elle permet la détermination de la température réelle d'un échantillon, l'évaluation de l'homogénéité de la température dans un système, elle est au centre de l'effet thermoélectrique...

Maitrise des opérateurs usuels (gradient, Laplacien, divergence ou rotationnel), résolution des équations différentielles, thermodynamique.

Septembre - Octobre.

ORSAY

Philippe Gondret, Professeur, section 60, Faculté des Sciences d’Orsay.

7 semaines avec 2h de cours et 2h de TD à chaque fois. Un examen final début novembre.

Maîtriser les bases tensorielles de la mécanique des fluides et de résolution de l'équation de Navier-Stokes.

Description synthétique :
Equations bilan
Tenseurs des taux de déformation et des contraintes
Equation de Navier-Stokes et techniques de résolution
Analyse dimensionnnelle, similitude
Régimes inertiels et visqueux
Introduction aux couches limites.

Maîtrise des équations aux dérivées partielles.

E. Guyon, J.-P. Hulin et L. Petit, Hydrodynamique physique (EDP Sciences, Collection Savoirs Actuels, 3ème édition, 2012).

Septembre - Octobre.

GIF-SUR-YVETTE

13 séances à raison d’une séance hebdomadaire de 4 heures, y compris deux présentations sous formes de séminaires et une visite de laboratoire (GEMaC).

Ce cours a pour but d'introduire les notions fondamentales de la physique des semi-conducteurs, permettant d'appréhender les propriétés de transport et les propriétés optiques de structures semi-conductrices.
Plan succinct du cours :
1. "Rappels" de physique des solides : Théorie des fonctions d'onde électroniques dans les solides cristallins avec modèle de l'électron libre (Sommerfeld), modèle de l'électron quasi-libre (Bloch-Brillouin), approximation des bords de bandes paraboliques, notion de masse effective.
2. Semi-conducteur à l'équilibre et hors équilibre. A l'équilibre : densité de porteurs, semi-conducteur intrinsèque, semi-conducteur extrinsèque. Hors équilibre : courant de dérive/de diffusion, potentiel électrochimique, génération/recombinaison, équations de continuité.
3. Jonction : interfaces entre matériaux, un exemple : la jonction PN.
4. Optique des semi-conducteurs :
a. Processus optiques : absorption, émission spontanée, émission stimulée
b. Emission spontanée : Diodes électroluminescentes (LEDs)
c. Emission stimulée : Laser à semi-conducteur
d. Absorption : Photo-détecteurs.

Les notions et concepts introduits s'appuient sur le cours de "Physique de la matière condensée" dispensé dans le tronc commun. Des notions de mécanique quantique sont également nécessaires.

N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid state physics H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques P. Y. Yu and M. Cardona, Fundamentals of semiconductors.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Les étudiants travailleront sur un projet informatique en binôme pendant 7 journées de 8h.

-Gestion autonome d’un projet en physique médicale
-Immersion dans un établissement hospitalier

DESCRIPTION SYNTHÉTIQUE DE L’UE :

Cette UE, réalisée en binôme, a un objectif triple : parfaire ses compétences en programmation python par la réalisation d.

- Bases en programmation Python - UE « Physique appliquée à la médecine : de la biologie à la thérapie » - Semestre 1.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

L'objectif de cette UE est d'acquérir des connaissances théoriques et pratiques sur la mesure du rayonnement et la formation des images au sein de différentes techniques d’imagerie (spectrale, thermique...), avec de nombreux domaines d’application : imagerie médicale, astronomie, diagnostic et surveillance, télédétection spatiale pour l’observation de la Terre.

Le cours comprend 3 parties :
I. Caractériser un système d’imagerie :
- L’œil, les dispositifs d'imagerie, la limite de résolution, le champ de vue...
II. Les sources de rayonnement
- Sources ponctuelles, étendues, thermiques...
III. Performance et efficacité
- Diffraction, conversion photon-électron, bruits...
Ce cours est mis en application à l'aide de :
- Travaux-Dirigés (Observation du Soleil, Scintigraphie médicale, Thermographie cutanée, Radiotélescope...) - Travaux-Pratiques (Imagerie spectrale de Mars, Caméra thermique, Coupole d'Astrophysique).

Non.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Séverine Boyé-Péronne Marion Jacquey Jérôme Leygnier.

La méthode de travail choisie pour les TD conduit à progresser en autonomie et en capacité d’analyse de systèmes nouveaux. 1 journée de TP de 8h est faite en application des concepts vus en cours.

Savoir analyser et modéliser des situations physiques de plus en plus complexes, raisonner sur des analogies. Faire le lien entre des propriétés microscopiques de la matière et des conséquences macroscopiques. Comprendre les notions plus en détail pour savoir mieux les appliquer à des situations nouvelles.

-Utilisation des interférences lumineuses pour des mesures optique de précision (longueurs, fréquences), applications aux miroirs diélectrique, couches anti-reflets, filtres interférentiels.

-Utilisation de la propagation lumineuse dans des milieux anisotropes pour, en combinaison avec des polariseurs, convertir des modulations de signal électrique en modulation d’intensité lumineuse ; principe des applications aux télécommunications optiques

-Bases d’optique non linéaire ; interprétation physique des mécanismes microscopiques et applications aux processus de génération d’ondes par doublage, addition ou soustraction de fréquences. Applications en instrumentation optique.

-Notion de polarisation de la lumière, fonctionnement d’un polariseur -Notions de chemin optique et de différence de marche, interférences lumineuses.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Cette UE se déroule entre la moitié du premier semestre et la moitié du second. Elle dispensée sous forme de séances de cours et de séances de TD.

Cette UE offre une introduction à la physique de l'état solide. Les solides considérés sont des cristaux (systèmes périodiques). Le cours vise à faire le lien entre la structure (arrangement atomique), la structure électronique (organisation des niveaux électroniques dans les matériaux) et les propriétés, en particulier les propriétés électroniques et optiques d'un matériau. On abordera brièvement des effets de confinement du gaz électronique, donnant lieu à des modifications de ces propriétés. Le plan du cours est le suivant :
- bases de cristallographie
- phénomènes de diffraction par les cristaux et expériences associées
- modes de phonons
- structure électronique (modèle des électrons libres, structure de bandes, approches de liaisons fortes)
- propriétés électroniques et optiques de matériaux semiconducteurs intrinsèques ou dopés.

Bases de mécanique quantique (en particulier maitriser le formalisme de Dirac) bases de physique statistique quantique (statistique de Fermi-Dirac, notions de densité d'états électroniques en particulier).

Physique de l'état solide, C. Kittel Electronic Structure of Materials (Oxford Science Publications), Adrian P. Sutton.

Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Des séances de cours/TD sont dispensées pour les parties théoriques de l’enseignement (cf mind map ci-dessus). Deux TP de 6 heures introduisent les notions de signal, bruit, repliement spectral, caractérisation d’un capteur, d’un préamplificateur. Le rendu de ces TP est évalué à l’oral et à l’écrit. De plus, les étudiants présentent une chaîne de détection de leur choix lors d’un exposé oral.

L’objectif de cette UE est de permettre aux étudiants physiciens de comprendre l’objet de leur mesure, en découvrant une chaîne d’instrumentation du capteur (transformation d’une grandeur physique en un signal électrique), jusqu’à la numérisation de ce signal.

Séance 1 : Introduction. Notions de mesure, signal, valeur juste, bruit, erreurs, incertitudes, origines
Séances 2 et 3 : Capteurs. Notions de grandeurs physiques mesurées, caractéristique statique/dynamique, conditionnement, erreurs
Séances 4 et 5 : Ligne de transmission. Notion de lignes (bifilaires, coaxe, microstrip), pertes et atténuation, fréquence et longueur de propagation
Séances 6 et 7 : Amplificateurs. Notion de gain, bande passante, facteur de bruit, saturation
Séance 8 : Instruments de mesure. Domaine temporel, domaine fréquentiel.

Lois de Kirchoff, en régime continu et variable. Notions de dipoles, d’impédances complexes, de générateurs idéaux et réels, modèle de Thevenin, Norlon, filtre passif du premier et deuxième ordre, fonction de transfert, gain et phase.

Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

4 journées de TP de 8h. Les étudiants travaillent en binôme.

Dans cette deuxième UE de Physique expérimentale, 2 journées de TP de matière condensée et 2 journées de TP de Physique nucléaire sont proposées aux étudiants afin de leur permettre de mettre en illustration les concepts vus dans les 2 cours de tronc commun correspondants.

Pour les TP de Physique nucléaire, tous les étudiants effectuent le premier jour une expérience de spectroscopie gamma. Le deuxième jour ils travaillent sur une des 5 manipulations disponibles :
- spectroscopie de coïncidence ?-? du 22Na,
- spectroscopie de coïncidence ?-? du 207Bi,
- Electron de conversion
- spectroscopie du Germanium
- Alpha/Gamma

Pour les TP de Physique de la matière condensée, les étudiants effectuent un TP de 16h en lien avec différentes applications de la matière condensée.

- cours de l'UE Matière Condensée - cours de l'UE Physique nucléaire.

Février - Mars.

ORSAY

L’UE combine l’apprentissage du langage Python avec la manipulation de donnés numériques. Les étudiants pratiquent la programmation tout en manipulant les données numériques dans toutes leurs formes : images, sons, texte. L’accent est mis sur les erreurs uniques associés à la numérisation des données, ainsi que leur modélisation.
L’UE comprend deux parties. La première partie porte sur les ordinateurs, représentation de l’information et une introduction à la programmation en python. Les sujets suivants sont abordés :
•Architecture des ordinateurs ;
•Langages de programmation, introduction au langage Python ;
•Algorithmes ;
•Numérisation de l’information : texte, signaux, images ;
•Production, stockage, échange et représentation de l’information.
L’apprentissage du langage Python se fait lors de 10 séances de TD sur machine.

La seconde partie aborde l’analyse plus détaillée des données et les erreurs associés. Les sujets suivants sont abordés :
•Incertitudes, barre d’erreur, corrélations ;
•Régression linéaire ;
•Fits non-linéaires, optimisation ;
Trois séances de TD sur machine permettent de mettre en pratique ces connaissances.

Aucun prérequis.

Site du cours : •http://lptms.u-psud.fr/wiki-cours/index.php/Programmation_et_données_numériques_M1_Physique_Appliquée Quelques sites web : •http://www.informatique-en-prepas.fr •http://www.france-ioi.org/algo/chapters.php Deux livres classiques : •Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences, Philip R. Bevington •Numerical Algorithms, W. Press.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Le stage se déroule à partir de début avril. Il peut durer entre 8 semaines et 5 mois maximum et peut se faire en France ou à l'étranger. L'évaluation se fait à travers 3 notes : - note du tuteur de stage - note associée au rapport de stage que doit rendre l'étudiant - note de soutenance de stage orale effectuée par l'étudiant en juillet ou en août.

Stage de minimum 8 semaines en entreprise ou laboratoire ou milieu hospitalier.

Bases des UE de M1.

Avril - Mai - Juin - Juillet.

ORSAY