LDD2 Géosciences, Physique

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs / connaissances acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre (L1S1, L1S2 et L2S3). L’étudiant devra notamment mobiliser les apprentissages acquis dans les enseignements dispensés en Chimie en Géosciences et Cristallographie et Minéralogie au S3 ainsi que Pétrologie magmatique et métamorphique au S4

La grande variété de composition chimique des roches et des fluides à la surface de la Terre reflète la distribution des éléments chimiques dans les différentes enveloppes terrestres et les processus géologiques qui en sont responsables. La géochimie élémentaire se sert de la composition en éléments majeurs, mineurs et traces des différents types de roches ou fluides que l’on peut échantillonner à la surface terrestre pour comprendre comment se sont formés ces roches/fluides à travers les temps géologiques. En particulier, les différents processus géologiques causent des fractionnements élémentaires importants dans les enveloppes profondes et superficielles (magmatisme, altération, érosion, interaction eau/roche, etc…) qu’il est important de connaître pour pouvoir décoder l’histoire des roches/fluides.

Le comportement des éléments au cours de la formation et de l’évolution des magmas sera expliqué avec pour but la compréhension de la formation des différentes enveloppes terrestres depuis la composition chimique initiale de la Terre. La composition élémentaire des enveloppes croûte continentale/océanique sera discutée à travers la composition minéralogique des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques et celle du manteau supérieur terrestre à l’aide de la composition des péridotites et des roches magmatiques. Le comportement d’éléments légers comme l’O ou le C dans les enveloppes superficielles/profondes sera discuté et servira à illustrer les processus géologiques à grande échelle et donc le cycle de ces éléments sur Terre impliquant des transferts depuis des enveloppes profondes vers des enveloppes superficielles et inversement.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

Connaître, comprendre et restituer le comportement général des éléments majeurs et traces au cours des processus opérant en géosciences, en particulier les fractionnements élémentaires associés à ces processus (magmatisme, altération, érosion, interaction eau/roche, etc…) Comprendre, pour un élément ou un groupe d’éléments donnés, la notion de coefficient de partage et de distribution entre différentes entités (minéraux, roches, fluides) et ce qu’elle gouverne dans les processus géologiques. Comprendre et reconnaître la distribution des éléments majeurs et traces dans les différentes enveloppes terrestres internes/externes (manteau terrestre, croûtes, océan...). Examiner la composition géochimique en élément majeurs et traces d’un minéral, d’une roche, d’un fluide à partir de tableaux de données et représentations graphiques conventionnelles et en extraire l’information importante. Réaliser un bilan de masse et analyser/évaluer la relation entre minéralogie des roches et composition en éléments majeurs/traces.

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

Le cours montre les principales méthodes d’étude géophysique de l’intérieur profond de la Terre (Sismique, gravimétrie, géomagnétisme et géothermie) et apporte aux étudiants les bases de la géodynamique. La dynamique interne de la Terre est traitée du point de vue des mouvements de convection et de la tectonique des plaques. On abordera la description mathématique et cinématique des mouvements ainsi que de l’analyse des forces principales et des répercussions morphologiques à grande échelle. Des outils importants pour la détermination des mouvements (paléomagnétisme) et de l’état des contraintes à l’intérieur de la Terre (sismotectonique) seront présentés

Distribution des températures dans la Terre, convection, cinétique du mouvement des plaques, forces contrôlant le mouvement des plaques.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

Analyse : Analyser le mouvement des plaques ; analyser les processus agissant à l'intérieur de la Terre et les contraintes provoquées. Interprétation : Interpréter les variations de topographie terrestre ; interpréter des images de tomographie sismique en termes de variation de température.

Maîtrise des concepts et du vocabulaire de base en sédimentologie et en tectonique.

Le stage de terrain dans les Corbières (Chaînon de Lagrasse) a pour objectif pédagogique l’initiation à la reconnaissance et à la description des objets géologiques sur le terrain. Le démarche de base à avoir sur le terrain est enseignée, un accent important est mis sur les aspects observations et descriptions de roches sédimentaires variées (calcaires, marnes, argiles, grès, conglomérats…) et de structures tectoniques (plis, failles). Sur le terrain, les étudiants apprennent à consigner leurs observations dans un carnet et sur une minute de terrain. L’usage de tablettes numériques permet également la prise de données. Les observations sont réalisées à toutes les échelles, depuis l’échelle régionale (lecture du paysage) jusqu’à la micro-échelle (observation des échantillons au microscope ou à la loupe), en passant par l’échelle de l’affleurement.
Le soir, les étudiants reprennent leurs notes et complètent leur interprétation pour réaliser une carte géologique qui constitue la synthèse de leur travail. Ils s’appuient pour cela sur les photos aériennes disponibles, sur le logiciel Google Earth, et sur les outils de réalité virtuelle (Google Earth VR).
L’ensemble des observations est restitué en fin de stage sous la forme d’un rapport contenant : (1) la description faciologique (lithologie, bioclastes, clastes, phase de liant…), l’épaisseur, l’âge, dessins des macro-échantillons, dessins de lames minces observées au microscope ainsi qu’une interprétation en terme d’environnements de dépôt de chaque formation géologique, (2) un schéma structural (3) des coupes géologiques (4) des dessins d’affleurements ou de paysages (5) une carte géologique et sa légende. Finalement, une histoire géologique est demandée, même si l’évaluation porte essentiellement sur la capacité à observer et décrire convenablement les objets géologiques.

L’objectif de cette UE est de permettre à l’étudiant d’observer sur le terrain de nombreux objets abordés en salle sous forme théorique.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

L’étudiant démontrera sa capacité à se localiser dans l’espace et à reconnaitre les objets quel qu’ils soient (plis, failles, roches sédimentaires, terrasses alluviales…) et à les décrire en utilisant le vocabulaire scientifique dédié acquis pendant l’année. Il apprendra à analyser d’un point de vue géologique une région à toutes les échelles, et à extrapoler des observations ponctuelles (affleurement) à plus grande échelle (construction de la carte géologique) en s’aidant des nombreux outils disponibles (photos stéréographiques, tablette, réalité virtuelle, loupes et microscopes…).

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

Contenu :
Le cours montre les principales méthodes d’étude géophysique de l’intérieur profond de la Terre (Sismique, gravimétrie, géomagnétisme et géothermie) et apporte aux étudiants les bases de la géodynamique. La dynamique interne de la Terre est traitée du point de vue des mouvements de convection et de la tectonique des plaques. On abordera la description mathématique et cinématique des mouvements ainsi que de l’analyse des forces principales et des répercussions morphologiques à grande échelle. Des outils importants pour la détermination des mouvements (paléomagnétisme) et de l’état des contraintes à l’intérieur de la Terre (sismotectonique) seront présentés

Propagation des ondes à l'intérieur du Globe et structure sismique de la Terre, séismes, mécanismes au foyer Gravité et magnétisme, distribution des densités dans la Terre

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

Observer les différentes ondes dans un sismogramme et la propagation des rais sismiques à travers la Terre Analyser  une carte de mécanismes au foyer ; savoir analyser une carte d'anomalies de Bouguer. Interpréter les temps d'arrivée d'ondes sismiques ; interpréter la distribution des contraintes à partir de mécanismes au foyer.

Connaissances de notions de bases sur le cycle géologique et principes fondamentaux de stratigraphie. L’observation préalable de roches sédimentaires est souhaitée.

- Reconnaître et décrire les roches sédimentaires. Des compétences de description macroscopique et microscopique (manipulation de microscopes) seront mobilisées.

- Interpréter les processus de formation et environnements de formation des roches sédimentaires à partir des faciès observés. Emettre des hypothèses sur l'origine des matériaux mobilisés.

- Estimer les mesures du temps et de l’espace en géologie. Il s’agira d’intégrer les principes fondamentaux de stratigraphie, permettant de transcrire un environnement passé en paysage dynamique actuel et vice versa. Des faciès successifs de carottes et d’affleurements sédimentaires seront étudiés. 

- Comprendre les processus de dynamique sédimentaire (production, transport et dépôt de matériel sédimentaire) ainsi que les processus de diagenèse permettant de transformer un sédiment meuble en roche sédimentaire.

- Appréhender à partir de l'étude de roches et lames minces la notion d'archive sédimentaire permettant la reconstruction de paléoenvironnement et paléoclimats.

- Etudier à l'échelle du microfaciès les propriétés pétrographiques des roches. Appréhender la notion de propriétés "réservoirs" et discuter le potentiel d'archives sédimentaires pour mener des études en Géothermie.

Volume horaire de 25h ( 9heures de CM et 16 heures de TP)

Contrôles continus réguliers en TP et épreuve de synthèse finale sous la forme d'un Grand Oral en fin d'UE.

Les séances de CM seront pour la plupart directement suivies par des séances de TP afin de mettre directement pratique les connaissances apportées. 

L'examen final aura lieu sous forme de Grand Oral devant un binôme d'enseignants. Les étudiant(e)s travaillant en binôme auront environ 45min en autonomie pour répondre à problématique mobilisant les connaissances acquises en CM et TP. Ils auront à leur disposition un ensemble d'éléments (roches, lames minces, documents, logs stratigraphiques) permettant de répondre à la problématique de synthèse les concernant. L'oral durera environ 30 min.

Attendus de l'UE Langue-Anglais2 : Niveau B1 minimum dans les 5 compétences linguistiques

ANGLAIS GÉNÉRAL. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais1 : on prolongera notamment le
travail sur la prononciation ainsi que l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension
orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis tels que Science et Technologie, Médias et Réseaux sociaux.
L'interaction se fait à travers des documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de
communication et/ou dans la cadre d'un projet tout au long du semestre. La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Initiation à la tectonique à partir de l'étude géométrique des structures nées de la déformation des formations géologiques. Introduction de la notion de contrainte. Les structures élémentaires (plis, failles) : reconnaissance morphologique, mode de formation, organisation géométrique. L'évolution spatiale et temporelle des zones déformées (sur une base de données chrono-stratigraphiques avec discordance, cachetage, subsidence). Mise en relation étroite avec les cartes géologiques : apprentissage de la lecture des cartes et de l'interprétation contrôlée de l'organisation géométrique des formations géologiques.

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

Cours de Physique générale L1. Mécanique du point matériel. Fonction à plusieurs variables (dérivées, intégrales) Matrices, Produit vectoriel.

• Cinématique des solides : repérage d'un solide dans l'espace, angles d'Euler, champs de vitesse d'un solide, roulement sans glissement, équiprojectivité, torseur, accélération d'un solide.
• Cinétique des solides : quantité de mouvement d'un solide, géométrie des masses, moment cinétique d'un solide, moment d'inertie, théorème de Koenig, énergie cinétique.
• Dynamique des solides : principe fondamental de la dynamique, théorème du moment cinétique, théorème de l'énergie cinétique, mouvement d'un solide autour d'un axe fixe, approximation gyroscopique.

Cours Magistraux et Travaux dirigés.

Manipuler les concepts fondamentaux à l’échelle macroscopique. Manipuler les outils mathématiques en mécanique des solides. Résoudre des problèmes simples.

• Polycopié de cours.
• Cours de Physique de 1er cycle universitaire (Mécanique), de J.P. Ansermet.
• Mécanique des systèmes et du solide, de C. Grossetête et P. Olive.
• Mécanique, de H. Gié et J-P Sarmant).
• Pour les exercices : Mécanique des solides rigides, de R. Mesrar, J. Chaoufi et E. Arjdal.

Analyse de L1 (Calculus) : suites, fonctions à une variable, limites, continuité, dérivée, développement limité, intégrale et primitive.

• Rappels sur les fonctions d'une variable : continuité, dérivées, Taylor, intégrales.
• Arcs paramétrés, orientation, longueur d'un arc.
• Intégration par rapport à l'élément de longueur.
• Champs de vecteurs, circulation le long d'un arc.
• Fonctions de plusieurs variables : continuité, dérivés partielles, différentielle, Taylor, fonctions composées, dépendant d'un paramètre.
• Points critiques, extremums.
• Intégrales doubles, coordonnées polaires, transformations linéaires. 
• Surfaces paramétrées, vecteur normal, orientation.
• Paramétrages des surfaces de base : plans, sphères, cylindres, cônes.
• Aire de surface, intégration par rapport à l’élément d'aire.
• Flux d'un champ de vecteurs à travers une surface orientée.
• Intégrales triples et volume.
• Changement de variables : coordonnées sphériques et cylindriques.
• Symétries, intégration sur les surfaces et les corps de révolution.
• Formes différentielles : Différentielle extérieur, gradient, rotationnel, divergence.
• Intégration des formes différentielles, circulation et flux.
• Intégration par partie pour les intégrales multiples : formules de Green-Riemann, Ostrogradski, Stokes.
• Formes différentielles fermées et exactes, théorème de Poincaré.

• Fonctions de plusieurs variables, champs de vecteurs.
• Dérivées partielles, intégration en dimension 1, 2, 3.
• Intégration le long de courbes et surfaces paramétrées.
• Formules de Stokes.

Cours Magistraux (CM) et Travaux Dirigés (TD).

• Equations différentielles. 
• Formules de Stokes. 
• Fonctions de plusieurs variables. 
• Déterminant, systèmes différentiels.

• Polycopié de cours fourni.
• Annales des partiels et examens.

• Déterminant (notamment en dimension 2 et 3). Produit vectoriel.
• Isométries, covariance. Projections orthogonales.
• Référentiel en rotation (dimension 2 et 3), forces de centrifuge/Coriolis.
• Théorie spectrale pour les matrices (en particulier en dimension 2 ou 3).
• Formules de récurrence, équations différentielles.

Polycopié de cours fourni.

Énergétique (conservation de l’énergie mécanique, théorème de l’énergie cinétique)

• Pression, pression cinétique,  pression dynamique, température,  principe 0, dilatation thermique,  équipartition de l'énergie 
• Paramètres d'état, système thermoélastique, transformations usuelles, gaz parfait. 
• 1er principe et chaleur. Coefficients calorimétriques. Cas de l’eau. Applications au gaz parfait (lois de Joule). Détentes de Joule-Gay-Lussac et Joule-Thomson. Enthalpie. Loi de Laplace. Cycle de Carnot.
• 2nd principe et irréversibilité (versions de Clausius, Kelvin, Prigogine). Inégalité de Carnot. Application aux gaz parfaits.
• Machines thermiques.  Théorème de Carnot.
• Équilibre thermodynamique et paramètres d'états.  Equilibre thermique et mécanique. Définitions thermodynamiques de température et pression.
• Intro à l'entropie statistique. Macro états vs micro états.  Exemple sur des tirages de dés. Entropie microcanonique et entropie de Boltzmann. Entropie et désordre.
• Potentiels thermodynamiques.  Legendre.  Relations de Maxwell. Évolution d’un système isolé, d’un système connecté à un thermostat et éventuellement un réservoir de pression. Énergie disponible.
• Transitions de phase. Isothermes d’Andrews. Pression de vapeur saturante. Degré d'humidité.  Ébullition vs évaporation.  Diagramme PT, relation de Clapeyron. Cas de l’eau.

• Comprendre la différence entre température et chaleur.
• Maîtriser le 1er principe, la notion d’énergie interne et d’énergie thermique.
• Comprendre la notion d’irreversibilité et le second principe.

Cours magistral en amphi et TD en groupes.

• Bases de la mécanique classique : énergie cinétique, énergie potentielle.
• Base d’analyse : équations différentielles linéaires

Le but de ce cours est de présenter la physique des systèmes oscillants et le lien avec les ondes. L’acoustique sera étudiée après l’analyse des cordes vibrantes. On abordera par la suite certains des phénomènes physiques spécifiquement associés aux ondes, comme les ondes stationnaires, les interférences ou encore l’effet Doppler.  

• Étude de l’oscillateur harmonique (OH) et de l’OH amorti. Oscillations libres et forcées, résonance. On se focalisera sur l’étude des systèmes mécaniques, et on tentera de généraliser les concepts, en particulier à travers des exemples de circuits électriques. On abordera également les aspects énergétiques des systèmes oscillants.  
• Étude qualitative des systèmes d’oscillateurs mécaniques (masse-ressort) couplés. Introduction de la notion d’onde.
•  Analyse détaillée de la dynamique d’une corde vibrante. On établit l’équation des ondes ou l’équation de d’Alembert pour décrire l’évolution temporelle et spatiale des déformations de la corde. 
• Étude des solutions de l’équation de d’Alembert : ondes progressives, cas particulier des ondes progressives harmoniques.
• Réflexion des ondes, ondes stationnaires sur une corde vibrante et modes propres d’oscillation pour une corde fixée aux deux extrémités.    
• Acoustique : étude du son comme une onde longitudinale se propageant dans un fluide. Surpression sonore, vitesse du son dans un gaz parfait. 
• Aspects énergétiques associés à une onde sonore, vecteur flux d’énergie sonore et notion d’impédance acoustique. 
• Le niveau sonore, la sensibilité de l’oreille et les courbes isosoniques.
• Sources sonores : instruments de musique à cordes, instruments à vent.
• Propagation des ondes dans l’espace à 3 dimensions, ondes sphériques.
• Quelques phénomènes ondulatoires : interférences, battements, effet Doppler, diffraction (analyse qualitative).

Comprendre la notion d’onde en physique les liens entre les systèmes oscillant et la propagation des ondes dans un milieu élastique, ainsi que les phénomènes associés, comme la propagation ou les ondes stationnaires.

Cours magistraux en amphi et travaux dirigés en groupe.

• Cours de Physique de Berkeley, Volume I, Mécanique.
• Cours de Physique de Berkeley, Volume 3, Ondes.
• Physique 3 Ondes, Optique et Physique Moderne, René Lafrance, Chenelières Education.
• D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6e édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003.
• Toute la thermodynamique, la mécanique des fluides et les ondes mécaniques, L. Bocquet, J. Faroux, J. renault, Ed. Dunod.
• Ondes, MP-MP*, Hachette.

Champ et potentiel d’une distribution discrète de charges, dipôle électrique, forces magnétiques et trajectoire de particules chargées dans un champ électrique ou magnétique. Outils mathématiques de base en intégration, dérivation.

• Outils mathématiques : système de coordonnées, éléments surfaciques et volumiques, intégrale surfacique et volumique. Gradient d’un champ scalaire. Circulation d’un champ vectoriel.
• Champ électrique et potentiel électrique produits par une distribution continue de charges. Introduction des symétries et invariances. 
• Énergie électrostatique.
• Théorème de Gauss (version intégrale) et applications.
• Conducteurs à l'équilibre, effet de pointe, capacité, condensateur : capacité d'un condensateur et énergie électrostatique.
• Outils mathématiques : flux d'un champ de vecteurs, divergence, théorème de la divergence, circulation, rotationnel, théorème de Stokes. 
• Équations locales de l’électrostatique, relations de passage et densité d’énergie électrostatique.
• Électrocinétique : densité de courant (volumique et superficielle), loi de conservation de la charge, cas du régime stationnaire, conductivité électrique, loi d'Ohm.
• Généralités sur le champ magnétique et loi de Biot et Savart.
• Théorème d’Ampère.
• Équations locales de la magnétostatique, relations de passage.
• Introduction au potentiel-vecteur.

Compréhension qualitative et analyse quantitative des phénomènes électrostatiques et magnétostatiques. Capacité à résoudre des problèmes à solutions analytiques (haut degré de symétrie), incluant les connaissances et savoir-faire suivants :

• Calcul des intégrales surfaciques et volumiques.
• Calcul du champ et du potentiel électriques dans les cas usuels par la méthode intégrale.
• Notion et calcul de l’énergie électrostatique d’une distribution de charges.
• Calcul du flux d'un champ de vecteurs, de la divergence et du rotationnel. Savoir utiliser le théorème de la divergence et le théorème de Stokes.
• Calcul du champ électrique produit par les distributions de charges usuelles (plan, sphère ...) à l’aide du théorème de Gauss. Connaître les équations locales de l'électrostatique.
• Connaître les caractéristiques d’un conducteur à l’équilibre et d’un condensateur.
• Caractériser une distribution de courant à l’aide des densités (volumique ou surfacique) de courant. 
• Calcul du champ magnétique dans les cas usuels à l’aide de la loi de Biot-Savart ou du théorème d’Ampère. Connaître les équations locales de la magnétostatique.

Enseignement sous la forme de cours magistral, commun aux 6 formations s’appuyant sur la L2 de Physique, et TD en groupes propres à chaque formation.

Notes de cours en ligne et ouvrages d’électromagnétisme classique de référence, dont :J.- P. Perez et al (Dunod) ; E. Hecht (De Boeck) ; R. Feynman, R. Leighton (Dunod) ; H. Gié et J-P. Sarmant (Lavoisier).

Cet enseignement a pour pré-requis la maîtrise des cours :

• Électromagnétisme I (dispensé au S3).
• Ondes et Vibrations (dispensé au S3).

• Phénomènes d’induction. Loi expérimentales de Faraday et de Lenz. Induction de Lorentz. Induction de Neumann. Approximation du régime quasi-stationnaire.
• Inductance propre d’un circuit électrique. Inductance mutuelle entre circuits électriques.
• Equations de Maxwell en régime variable.
• Propagation libre d’ondes électromagnétiques dans le vide. Equations d’onde pour les champs électrique et magnétique. Approximation des ondes planes progressives harmoniques (OPPH). Polarisation.
• Energétique d’une OPPH. Vecteur de Poynting. 
• Réflexion d’une onde plane progressive harmonique sur un conducteur parfait. Cavité et onde électromagnétique stationnaire.
• Notions de guide d’onde.

Le contrôle continu consiste en deux interrogations de 30mn chacune.

• E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, Paris, 1973
• R. Feynman, R. Leighton et M. Sands, Cours de Physique - Electromagnétisme (version française), InterEditions, Paris, 1979
• H. Gié et J.P. Sarmant., Electromagnétisme, Tec et Doc, Paris, 1985
• J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996
• J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998
• J.P. Perez, R. Carles et R. Fleckinger, Electromagnétisme, 3 ème édition, Masson, 1997
• D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6 ème édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003
• J.D. Jackson, Electrodynamique classique (version française), 3 ème édition, Dunod, Paris, 2001

Nombres complexes, continuité, limites, suites.

• Séries numériques et séries de fonctions : séries de fonctions normalement convergentes; propriétés de la somme.
• Séries de Fourier.
• Exemples d'applications aux équations aux dérivées partielles (ondes, chaleur).
• Transformée de Fourier.
• Applications : analyse du signal et théorème de Shannon-Nyquist, principe d’incertitude de Heisenberg, théorème central limite.

Maîtrise des outils d’analyse : suites et séries de fonctions, intégrales généralisées,  et analyse de Fourier.

Techniques d'analyse pour la physique : suites, intégrales généralisées, séries, séries entières, de Fourier, notions hilbertiennes, transformée de Fourier.

Polycopié de cours.

Attendus de l'UE Langue-Anglais2 : Niveau B1 minimum dans les 5 compétences linguistiques

ANGLAIS GÉNÉRAL. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais1 : on prolongera notamment le
travail sur la prononciation ainsi que l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension
orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis tels que Science et Technologie, Médias et Réseaux sociaux.
L'interaction se fait à travers des documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de
communication et/ou dans la cadre d'un projet tout au long du semestre. La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Notions de bases de la chimie minérale et de la thermodynamique ainsi que de la minéralogie, la minéralogie optique, et la cristallographie.

Contenu : Certains processus internes subis par notre planète aboutissent à la genèse des magmas. S’ils se refroidissent en profondeur, ils formeront des roches plutoniques ; s’ils le font en surface, ils formeront des roches volcaniques. L’interaction des roches préexistantes avec la pression, la température et/ou des magmas (dans un contexte géodynamique donné) aboutira à la genèse de roches métamorphiques.
Les paragenèses minérales présentes dans ces roches résultent d’une évolution complexe et obéissent à un équilibre thermodynamique qui change au cours de leurs histoire : refroidissement d’un magma et recristallisation à l’état solide.

Le module comporte 5 grandes parties :

1. La caractérisation minéralogique pétrographique et géochimique des roches magmatiques (plutoniques et volcaniques) : critères macroscopiques et microscopiques de reconnaissance de minéraux cardinaux (les principaux formateurs de roches), classification modal (diagrammes de Streckeinsen) et séries de Bo

« Les Objectifs d'Apprentissage Visés de cette UE sont :

Reconnaître les principales caractéristiques minéralo-chimiques et pétrologiques des roches magmatiques et métamorphiques. L’étudiant reconnaitra en macroscopie et microscopie les principaux minéraux formateurs de roches. Il sera capable de reconnaitre et identifier les différents rôles des éléments chimiques (majeurs et en trace) en fonction de leurs concentrations dans les minéraux et roches étudiés. Comprendre l’association qui existe entre la minéralogie et la géochimie (éléments majeurs et en trace). L’étudiant comprendra qu’il existe un lien direct entre la minéralogie et les différentes concentrations en éléments chimiques dans les minéraux étudiés. Appliquer cette compréhension afin de mieux caractériser les roches magmatiques et métamorphiques. L’étudiant appliquera ces connaissances acquises afin d’envisager l’origine(s) et l’histoire(s) de(s) formation(s) des minéraux et roches. L’étudiant fera égalem

Bases de la programmation scientifique en Python.

Les notions abordées couvrent des domaines variés : 

• Traitement de fonctions à deux variables ;
• Intégration numérique ;
• Génération de nombres aléatoires et méthodes de type Monte Carlo ;
• Algèbre linéaire numérique ;
• Méthodes de résolution d'équations et de systèmes d’équations linéaires ;
• Résolution d'équations différentielles et étude de systèmes dynamiques simples.

Chaque thème est illustré par des exemples concrets tirés de la  physique ou des mathématiques.

L'accent est mis à la fois sur la compréhension des algorithmes et sur leur mise en œuvre effective. Les étudiants apprendront à analyser la précision, la stabilité et les limites des méthodes employées, ainsi qu'à interpréter les résultats numériques.

Le module propose une introduction aux principales méthodes numériques utilisées pour résoudre des problèmes issus de la physique et des mathématiques appliquées. Il s’adresse à des étudiants ayant déjà acquis les bases de la programmation scientifique en Python et vise à leur faire découvrir comment aborder numériquement des situations où les méthodes analytiques sont difficiles, voire impossibles à mettre en œuvre.

Chaque séance de cours est accompagnée d’un ensemble d’exercices pratiques réalisés sur ordinateur.

Tout le cours utilise le serveur MyDocker de l’université, une solution en cloud qui permet aux étudiants d’accéder à un environnement informatique uniformisé, que ce soit pendant les cours ou à la maison. Grâce à ce système, ils retrouvent les mêmes fichiers et outils d'où qu’ils se connectent.

Tout le matériel de cours est publié sur un site web qui regroupe les enseignements de physique numériques sur les trois années de licence.

https://methnum.gitlab.dsi.universite-paris-saclay.fr/

Niveau Baccalauréat Scientifique en SVT, Mathématique, Physique et Chimie
Notions d’observation en géologie
Notions de géométrie dans l’espace
Notions de physique du mouvement et sur la lumière

L’objectif de cette UE est de comprendre l’histoire du système solaire par une approche comparative des différents corps planétaires. Elle permet initier aux techniques instrumentales et aux méthodes d’analyses des surfaces planétaires.

• Formation et histoire du Système solaire (CM 2h)
• Les météorites – Classification/Méthodes d’analyse/Observation (CM 1h/TP 2h)
• Le mouvement des astres et des planètes (CM 1h/TD 2h)
• Historique et instrumentation des missions spatiales du système solaire (CM 2h)
• La Planète Mars: morphologie et interactions surface/climat. Initiation à la cartographie planétaire (CM/TD 3h)
• Les cratères d’impact : morphologie, formation et minéralogie (CM 1h/TD 2h)
• Petits corps (Comètes, astéroïdes), satellites et objets transneptuniens. Analyse des observations de météores (CM/TD 3h)
• La Lune : histoire et formation. Observation de la surface au télescope et imagerie. Datation des surfaces lunaires (CM 1h/TP 3H)
• Les planètes géantes (CM 2h)

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :

Comprendre l’évolution de la vision du système solaire au cours des siècles. L’étudiant sera confronté aux différentes visions historiques du système solaire et de la forme de la Terre. A partir de documents historiques, il comprendra comment les astronomes ont pu valider le système héliocentrique et la forme aplatie de la Terre. Comprendre le mouvement des astres et des planètes : A partir d’observations astronomiques que l’étudiant peut faire tous les jours (Mouvement du Soleil, Phases de la Lune, mouvement des planètes), l’étudiant sera capable de comprendre le mouvement des astres pouvant expliquer les observations. Reconnaitre une météorite parmi des roches terrestres et connaitre les grandes classes de météorites et d’impactites : L’étudiant observera et distinguera les grandes classes de météorites et d’impactites. Grâce aux observations, l’étudiant apprendra les critères d’identification des météorites et comprendra leurs origines et les transformations minéralogiques associées au métamorphisme d’impact. S’initier aux techniques instrumentales et méthodes d’analyses des surfaces planétaires : A partir d’exemples de missions spatiales actuelles, présentes et futures, l’étudiant sera capable de comprendre le fonctionnement de différents instruments embarqués et utile pour l’étude des surface planétaires (Imagerie, spectroscopie, gravimétrie,..). Observer et analyser une image d’une surface planétaire : Après avoir appris les principales caractéristiques morphologiques des différents corps du système solaire, l’étudiant observera des images de Mars, de la Lune, de comètes, d’astéroïdes et de satellites glacés pour identifier les différents processus actifs sur les différents corps planétaires.

Géologie des planètes et des satellites, Christophe Sotin, Olivier Grasset, Gabriel Tobie, Dunod, 2009.

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

Programme :

Les principes de base en cristallographie :  maille, systèmes cristallins, réseau de Bravais, règles de Pauling, de substitutions, symétrie d’orientation et leur représentation. Classification minéralogique : les silicates et non silicates. Quelques minéraux d'exception : gemmologie et minéraux de synthèse. Introduction à la minéralogie environnementale et techniques de caractérisation minéralogique (DRX, MEB etc)

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

Analyser et décrire selon des critères et un vocabulaire spécifique les différents minéraux avec pour finalité leur identification. Déterminer les divers éléments de symétrie des minéraux en fonction de leur système cristallin. Analyser et exploiter des données analytiques obtenues par différents outils pour comprendre l’organisation cristalline et identifier les minéraux et leurs propriétés. Analyser et exploiter des données scientifiques pour comprendre l’importance de la minéralogie. Il s’agira pour l’étudiant de se confronter à la complexité de l’organisation structurale des minéraux à diverses échelles, du macroscopique au microscopique. L’étudiant sera amené à examiner, décrire et analyser des échantillons macroscopiques mais aussi au microscope polarisant. Il développera un esprit critique et de synthèse et sera solliciter pour argumenter aussi souvent que possible ses déterminations. Il manipulera des données grâce à des outils mathématiques simples et des concepts de géochimie pour retrouver les caractéristiques cristallographiques ou cristallochimiques de certains minéraux. L’étudiant appréhendera la réactivité minérale en fonction des propriétés cristallographiques en se basant sur des données de la littérature scientifique.

Le but de cette UE est de permettre aux étudiants d’appréhender la diversité minéralogique des matériaux terrestres.
L’UE abordera dans un premier temps toutes les notions fondamentales permettant de comprendre les propriétés et les caractéristiques des minéraux ainsi que la diversité minérale et sa classification.
La visualisation et la compréhension de la structure minérale se feront grâce à l’utilisation de logiciels ad hoc (Crystal maker, Vesta…) mais aussi via la manipulation des concepts cristallographiques à l’aide d’outils mathématiques et physiques simples proposée pour le dépouillement de données analytiques par exemple.
Des travaux scientifiques seront étudiés permettant à l’étudiant de comprendre les diverses problématiques actuelles liées à la minéralogie et de mobiliser ses capacités de synthèse et de présentation.
Les sessions pratiques permettront à l’étudiant de confronter son savoir théorique à la pratique grâce à l’observation et la description macroscopique et microscopique des caractéristiques des principaux minéraux de la croûte terrestre.

J.-M. Montel, F. Martin 2014. Minéralogie - Cours et exercices corrigés. Dunod 2014 - 224 p. EAN13 : 9782100600120.
A. Provost, C. Langlois. 2011. Mini manuel de géologie - Roches et Géochimie - Cours et exercices corrigés. Dunod, 244 p., EAN13 : 9782100566518.

TPs d'électromagnétisme :

• Magnétostatique
• Induction électromagnétique

TPs portant sur les phénomènes ondulatoires :

• Ondes progressives ultrasonores
• Ondes de surface
• Effet Doppler

La Physique est une science qui s’appuie sur des modèles. Ceux-ci peuvent être développés d’un point de vue théorique à l’aide de raisonnements mathématiques, puis validés en les confrontant à la réalité expérimentale. Alternativement, certains résultats expérimentaux appellent un travail de modélisation et l’introduction de nouveaux concepts… 

L’UE « Physique Expérimentale » a pour objectif de former les étudiants à la méthode expérimentale, en s’appuyant sur les enseignements théoriques dispensés aux niveaux L1 et L2 en  ondes et vibrations, ainsi qu'en électromagnétisme. Différentes méthodes de mesure seront abordées, ainsi que le traitement des jeux de données, l’évaluation des incertitudes et la comparaison théorie/expérience. 

La réalisation d’expériences constitue par ailleurs un vecteur efficace pour mieux comprendre et consolider les notions vues en cours magistral, et développer un sens critique.

20h de TP réparties en 5 séances de 4h tout au long de l'année universitaire. La présence est obligatoire.