LDD2 Physique, Chimie

Algèbre pour les Sciences - Math259 (4 crédits)

Volume Horaire : Cours : 18h ; TD : 22h

Compétences : Matrice Transformations linéaires Déterminant d'une matrice Applications des déterminants Diagonalisation des matrices Systèmes différentiels linéaires homogènes du premier ordre : Systèmes différentiels ordinaires linéaires non-homogènes du premier ordre Équations différentielles ordinaires linéaires d'ordre supérieur

Description : Cours et TD : - Opérations de base avec les matrices, lien avec les transformations linéaires, changements de base, - Déterminant d'une matrice : lien avec l'aire et le volume, propriétés, règles de calcul, - Applications des déterminants : matrice inverse, résolution des systèmes linéaires, produit vectoriel, valeurs et vecteurs propres d'une matrice, - Diagonalisation des matrices, applications à la classification des courbes et des surfaces du second degré, - Systèmes différentiels linéaires homogènes du premier ordre : base de l'espace des solutions, lien avec les vecteurs propres, calcul pratique, portraits de phase, - Systèmes différentiels ordinaires linéaires non-homogènes du premier ordre : représentation des solutions, variation des constantes, - Équations différentielles ordinaires linéaires d'ordre supérieur : réduction à un système du premier ordre, variation des constantes

Modalités de contrôle : F= note finale, P = Partiel écrit, E = Examen final (EE=écrit, EO=oral) TD = Travaux Dirigés, TP = Travaux Pratiques, O = Oral; CC=Contrôle Continu Les notes obtenues dans les parties TD, TP et O sont du Contrôle Continu.

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.25 P + 0.25 TD Session 2 : F = 1 EE

Analyse pour les Sciences - Math255 (5.5 crédits)

Volume Horaire : Cours : 18h ; TD : 42h

Compétences : Equations différentielles. Formules de Stokes. Fonctions de plusieurs variables. Déterminant, diagonalisation, systèmes différentiels.

Description : 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.

Modalités de contrôle : F= note finale, P = Partiel écrit, E = Examen final (EE=écrit, EO=oral) TD = Travaux Dirigés, TP = Travaux Pratiques, O = Oral; CC=Contrôle Continu Les notes obtenues dans les parties TD, TP et O sont du Contrôle Continu

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.25 P + 0.25 TD Session 2 : F = 1 EE

Description: Ce cours a pour pré-requis les cours:

• Electromagnétisme 2 (au S3).
• Vibrations et Ondes (au S3).

Il unit les deux thématiques afin de conduire l'étudiant aux ondes électromagnétiques, la lumière en montrant le couplage des champs électriques et magnétiques, culminant en les équations de Maxwell dans le vide. Les sujets abordés sont:

• travail de la force de Laplace;
• l'induction électromagnétique: cas de Neumann, cas de Maxwell, cas général;

  loi de modération de Lenz, fém induite, flux, flux coupé, champ électromoteur; équation de Maxwell-Faraday; auto-induction; inductance et mutuelle, application aux circuits électriques, circuit LC; applications: freinage par induction, courants de Foucault, moteurs. La notion très importante de transducteur électro-mécanique (conversion d'énergie mécanique en énergie électrique et réciproque) sera soulignée.

• les équations de Maxwell dans le vide:

  Maxwell-Ampère, courant de déplacement, application à l'électrocinétique, équations de Maxwell, équation de d'Alembert, ondes sinusoïdales progressives, énergétique : énergie électromagnétique, vecteur de Poynting polarisation, ondes stationnaires, réflexion par un conducteur parfait, effet de peau, guides d'onde.

Bibliographie:

• 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

Modalités:

• 40h, 3.5 ECTS
• 20h cours 20h TD
• contrôles continus (2 interrogations de 30mn), partiel , examen
• Session 1: 0.5 E + 0.25 P + 0.25 CC
• Session 2: 0.75 E + 0.25 CC

Cours : 6h/8h – Tds : 14h/12h

Responsables : Elena Magdalena Staicu Casagrande & Jean-Luc Raimbault

Objectif Cette UE vise à donner une introduction à la physique quantique. Le formalisme sera limité à celui de la mécanique ondulatoire (fonction d’onde dans l’espace des positions et des impulsions, équation de Schrödinger et applications simples). Le formalisme de Dirac ne sera abordé qu’en L3.

Contenu  

• Expériences historiques : quantification - effet photoélectrique, atome de Bohr- expérience de Franck et Kertz , dualité avec le postulat de de Broglie, expérience de Davisson et Germer …
• Mécanique ondulatoire : ondes de matière et fonction d’onde, équation de Schrödinger, états stationnaires, paquets d’ondes, transformées de Fourier et relations d’incertitudes de Heisenberg, mesures et observables …

Les exercices traiteront en particulier le cas des marches, barrières et puits de potentiel.

OAV 1 : Identifier le type de réactivité mise en jeu dans une réaction impliquant des molécules organiques. Réactions acide/base, oxydant/réducteur, électrophile/nucléophile.

OAV 2 : Localiser le(s) sites(s) réactif(s) au sein d'une molécule organique et anticiper sa(leurs) réactivité(s) relatives.

OAV 3 : Assimiler et savoir mobiliser les mécanismes fondamentaux des réactions organiques (Partie 1) : Substitutions Nucléophiles (SN1, SN2), b-Éliminations (E1, E2), Addition Nucléophile.

OAV 4 : Appréhender les aspects thermodynamiques et cinétiques des réactions organiques (diagramme énergétique, intermédiaires, états de transition).

OAV 5 : Maitriser la préparation et l'utilisation en synthèse organique des dérivés halogénés, des alcools et des dérivés carbonylés.

Première partie : Réactions de Substitution Nucléophile (SN1, SN2)

• Généralités :

  Un nucléophile, un électrophile... et un groupe partant. Une classe de réactions : deux ordres de cinétiques possibles (rappels de cinétique chimique).

• Réactions de Substitution Nucléophile d'ordre 1 (SN1)

  Cinétique d'ordre 1 et racémisation du centre réactif : mécanisme en deux étapes et un intermédiaire carbocation. Diagramme énergétique d'une SN1 ou comment visualiser les aspects thermodynamiques et cinétiques d'une réaction en deux étapes avec deux états de transition et un intermédiaire.

• Réactions de Substitution Nucléophile d'ordre 2 (SN2)

  Cinétique d'ordre 2 et réaction stéréospecifique : mécanisme en une étape. Diagramme énergétique d'une SN2 : une étape, un état de transition.

• Compétition SN1/SN2 : de l'utilité des diagrammes énergétiques.

Deuxième partie : Réactions de b -Élimination (E1, E2)

• Généralités :

  Un électrophile, un groupe partant... et une base (forte ou faible). Une classe de réactions : deux ordres de cinétiques possibles.

• Réactions de b-Élimination d'ordre 1 (E1)

  Cinétique d'ordre 1 et substrat commun à la SN1 : mécanisme en deux étapes et même intermédiaire carbocation. Diagramme énergétique d'une réaction E1 : deux étapes, deux états de transition, un intermédiaire.

• Réactions de b-Élimination d'ordre 2 (E2)

  Cinétique d'ordre 2 et réaction stéréospecifique : mécanisme en une étape. Diagramme énergétique d'une réaction E2. La réaction E2 : une élimination stéréospécifique anti ; contraintes stéréochimiques et conséquences sur la régiosélectivité.

• Compétition SN1/SN2/E1/E2.

Troisième partie : Réaction d'addition nucléophile sur les dérivés carbonylés

• Dérivés carbonylés : une liaison C=O polarisée.

  Un carbone électrophile et un oxygène basique. Réaction spontanée avec des nucléophiles forts Réaction avec des nucléophiles faibles : de la nécessité d'une activation par un acide.

• Réaction d'addition de nucléophiles forts.

  Hydrures. Carbanions : cyanure, acétylure, organométallique (magnésiens, lithiens et leurs préparations)

• Réaction d'addition de nucléophiles faibles.

  Alcools : réaction d'acétalisation. Amines : formation d'imines (extension aux oximes, hydrazones et hydrazides... notions de chimie click et de bioconjugaison)

• Dérivés carbonylés et équilibre céto-énolique.

Quatrième partie : alcools, dérivés halogénés et dérivés carbonylés en synthèse organique

• Alcools

  Préparations : SN sur dérivé halogénés, addition de nucléophiles forts sur cétone/aldéhydes, à partir d'alcènes (hydratation, hydroboration, dihydroxylation). Utilisation en synthèse organique : préparation de dérivés halogénés, précurseur d'esters sulfoniques (pour SN2), préparation de dérivés carbonylés et d'acides carboxyliques (oxydation), préparation d'esters et d'acétals (notion de stratégie de protection).

• Dérivés halogénés.

  Préparations : à partir d'alcools (vu avant), à partir d'alcènes (addition d'hydracides, addition de Cl2 ou Br2). Utilisation en synthèse organique : substrats de SN (alcoolates, carboxylates, carbanions, azotures...).

• Dérivés carbonylés.

  Préparations à partir : d'alcools (vu avant), d'acétals, d'alcènes (Ozonolyse, KMnO4).

• Utilisation en synthèse organique : précurseurs d'alcools et d'amines (amination réductrice), formation de liaisons C-C et C=C.

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie Chimie de la L1 santé

S3

Chimie Organique », N. Rabasso, De Boeck. « Chimie Organique : les grands principes », J. Mc Murry, De Boeck. « Chimie Organique », J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers, Oxford. « Traité de Chimie Organique », P. Vollhardt et N. Schore, De Boeck. « Chimie Organique : Tout le cours en fiches », J. Maddaluno, V. Bellosta, I. Chataigner, F. Couty, L. Garcia, A. Harrison-Marchand, M.-C. Lasne, C. Lopin-Bon, J. Rouden, Dunod

Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Interrogations en TD, examen final.

• représenter les OA s,p,d (taille, direction, surfaces…) • identifier les propriétés de symétrie des OA/OM • appliquer un modèle simple (type Slater) pour déterminer les énergies des OA d’un atome polyélectronique • établir le diagramme d'OM de molécules simples • analyser un diagramme d'OM « quelconque », identifier les OM ? et ? • faire le lien entre un diagramme d'OM et une structure de Lewis • déduire des propriétés physico-chimiques à partir d'un diagramme d'OM : polarité, caractère acide/base de Lewis, spectroscopie et états électroniques • prédire la réactivité électrophile/nucléophile par l’observation de la HO et de la BV

I. Structure électronique des atomes 1. Notions de chimie quantique : approximation de Born-Oppenheimer, équation de Schrödinger et fonctions d'onde électroniques, densité de probabilité, surfaces nodales 2. Orbitales atomiques : atomes hydrogénoïdes et polyélectroniques II. Structure électronique des molécules 1. Construction d'orbitales moléculaires méthode CLOA, application aux diatomiques homo- et hétéro-nucléaires, interactions à 2 et 3 OA, lien avec la théorie de Lewis 2. Méthode des fragments construction du diagramme d'OM de petites molécules, comparaison de géométrie, règle de la HO, séparation des systèmes ? et ?, nucléophilie et électrophilie 3. spectroscopies et dissociations de petites molécules

Connaissances attendues :

• Connaitre la structure du noyau,
• savoir écrire une configuration électronique,
• connaitre les règles de remplissages des OA,
• connaitre les structures de Lewis,

savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

S3

• Structure électronique des molécules (tomes 1 et 2), Y. Jean et F. Volatron (Dunod) • Les cours de Paul Arnaud - Chimie Générale (7ème édition du cours de Chimie Physique), P. Arnaud, F. Rouquérol, G. Chambaud, R. Lissillour, A. Boucekkine, R. Bouchet, F. Boulc'h, V. Hornebecq (Dunod) • Chimie physique, P-W Atkins et Julio de Paula (de Boeck) • Traité de Chimie Organique, P. Vollhardt et N. Schore (de Boeck)

1. Déterminer le caractère irréversible ou non d’une transformation en calculant la création d’entropie 2. Faire le bilan des transferts d’énergie (travail et chaleur) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état 3. Faire le bilan de la variation d’entropie (associée au désordre) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état 4. Prédire le sens d’évolution d’un système 5. Construire le diagramme de phases d’un corps pur en utilisant les conditions d’équilibre entre phases 6. Construire et utiliser les diagrammes d’Ellingham pour prévoir la réactivité des métaux et leurs oxydes 7. Formuler la condition d’équilibre d’un système physico-chimique en termes de potentiel chimique (et retrouver la loi d’action de masse)

Cours/TD 1. Compléments sur le second principe de la thermodynamique 1.1. Prévision du caractère réversible / irréversible d’une transformation par le calcul de la création d’entropie 1.2. Calculs d’entropie de changement d’état 2. Autres réactions conventionnelles : réactions de création / dissociation de liaisons, réactions donnant accès à l’enthalpie réticulaire, réactions d’ionisation, réactions donnant accès à l’affinité électronique 2.1. Applications des deux principes 2.2. Calculs des grandeurs thermodynamiques associées notamment via des cycles de Hess complexes pouvant faire intervenir un ou plusieurs changements d’état 2.3. Notion de température de flamme 3. Enthalpie libre 3.1. Identité thermodynamique 3.2. Potentiels thermodynamiques, grandeurs molaires partielles, potentiel chimique 3.3. Critère énergétique d’évolution / d’équilibre, lois de variation de l’enthalpie libre avec la pression et avec la température 3.4. Expression du potentiel chimique dans les cas idéaux (gaz parfaits, liquide, soluté en solution infiniment diluée, solide) 3.5. Relation de Clausius-Clapeyron : équilibre entre phases d’un corps pur 4. Réactions chimiques : applications de l’enthalpie libre et équilibres chimiques 4.1. Applications de l’enthalpie libre aux réactions chimiques : condition nécessaire pour une réaction se fasse, prévision des réactions à température constante, diagrammes d’Ellingham, condition d’équilibre 4.2. Description des équilibres homogènes et hétérogènes à l’aide de la constante d’équilibre, prévision du sens d’évolution spontanée d’un mélange à l’aide du quotient de réaction 4.3. Déplacement d’équilibres : règle des phases, lois de déplacement des équilibres

TP Détermination de chaleurs de réactions Etudes de grandeurs standard de réactions

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST 3. UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST 4. Partie sur l’énergie de l’UE Mécanique 1 du L1 S1 PCST

S3

1. Thermodynamique et équilibres chimiques par Alain Gruger aux éditions Dunod 2. Thermodynamique dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jean-Louis Queyrel aux éditions Bréal 3. Thermodynamique et cinétique chimiques, équilibres chimiques en solution aqueuse dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jacques Mesplède aux éditions Bréal 4. Thermodynamique par Hubert Lumbroso aux éditions Ediscience International

1. Ecrire des vitesses de réaction 2. Décrire l’évolution temporelle d’un système en réaction chimique dans le cadre d’une réaction d’ordre 0, 1 ou 2 3. Déterminer les caractéristiques cinétiques (ordre et constante de vitesse de réactions) à partir de données expérimentales temporelles 4. Appliquer la loi d’Arrhénius pour déterminer l’énergie d’activation d’une réaction à partir de données expérimentales 5. Schématiser le profil énergétique d’un acte élémentaire 6. Ecrire les lois de vitesse dans le cas de mécanismes réactionnels simples 7. Ecrire les lois de vitesse dans le cas de mécanismes complexes 8. Manipuler les lois de vitesse pour déterminer l’évolution des quantités de matière 9. Valider ou invalider une loi de vitesse pour un mécanisme complexe à partir de données expérimentales 10. Identifier le type de catalyse homogène, enzymatique ou hétérogène 11. Etablir la loi d’évolution des quantités de matière dans le cas d’une cinétique enzymatique de Michaelis-Menten et en manipulant les isothermes de Langmuir pour les catalyses hétérogènes

Cours/TD 1. Cinétique formelle 1.1. Définition d’une vitesse de réaction, loi de vitesse et facteurs déterminants 1.2. Réactions simples, d’ordres entiers positifs (0, 1, 2 et pseudo-premier ordre) 1.3. Réactions élémentaires 1.4. Détermination des lois d’évolution de la concentration par résolution des équations différentielles de la cinétique 1.5. Représentation graphique de ces lois d’évolution 1.6. Temps de demi-réaction 1.7. Effet de la température : loi d’Arrhénius 1.8. Réactions réversibles (lien entre la thermodynamique et la cinétique), successives et parallèles (jumelles et compétitives) 2. Mécanismes et catalyse 2.1. Mécanismes réactionnels 2.2. Réactions en chaîne : définition des différentes étapes, réactions en chaînes droite et ramifiée 2.3. Catalyses homogène, enzymatique et hétérogène

TP Cinétique et énergie d’activation de la décoloration du bleu de bromophénol

1. Partie sur l’acquisition des connaissances de base nécessaires à l’étude des réactions chimiques en solution de l’UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. Partie sur les équations différentielles de l’UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST

S4

1. Cinétique chimique par Claude Moreau et Jean-Paul Payen dans la collection Belin Sup Sciences, 1988. 2. Cours de Chimie-Physique par Paul Arnaud aux éditions Dunod. 3. Chimie : exercices et problèmes corrigés, 2ème année PC-PC* par Bruno Fosse, Jean-Bernard Baudin et Frédéric Lahitète aux éditions Dunod, 2006. 4. Cinétique enzymatique par Athel Cornish-Bowden, Marc Jamin et Valdur Saks aux éditions EDP Sciences, 2005.

-Savoir décrire et représenter les orbitales d -Savoir décrire les ligands (denticité/hapticité) en se basant sur la structure de Lewis et la règle de l’octet. - Savoir déterminer à partir de la coordinence et d’une représentation de CRAM la géométrie d’un complexe. Différencier et nommer (isomérie, nomenclature) des complexes - Savoir déterminer la configuration électronique du métal dans un complexe : le degré d’oxydation , la configuration dn et calculer le nombre total d’électrons de valence du complexe en utilisant le modèle covalent et ionique du décompte électronique.) - Savoir expliquer la structure électronique au sein des complexes moléculaires par la : *Théorie du champ cristallin *construction de diagramme d’OM en utilisant la méthode de fragmentation (interaction sigma) - Savoir expliquer l’effet chélate en utilisant les notions de thermodynamique - Savoir relier quelques propriétés physiques (magnétisme, absorption optique, catalyse) à la structure électronique

• Description du métal : orbitales d
• Description des ligands, : denticité, hapticité
• Géométrie, isoméries des complexes
• Nomenclature
• Décomptes électroniques : modèles ionique et covalent
• Structure électronique des complexes : théorie du champ cristallin
• Structure électronique des complexes : Modèle des orbitales moléculaires (avec méthode des fragmentations) dans le cas des interactions sigma
• Série spectrochimique des ligands et du métal
• Stabilisation des complexes polydentes (effet chélate…)

Travaux pratiques : 2* 4h : caractérisation d’un complexe par UV -vis, dosage complexométrique

Programme de L1/L2 en atomistique, thermodynamique , chimie des solutions.

S4

Structure électronique des molécules, Y. Jean F. Volatron (pour revoir les bases) edition Dunod Les orbitales moléculaires dans les complexes: cours et exercices corrigés Yves Jean, les editions de Polytechnique. Shriver & Atkins' inorganic chemistry P W Atkins; Duward F Shriver 5th edition Version française : Chimie Inorganique, A. Pousse editions De Boeck Supérieur

- Session 1 : F = 0,3 P+0.5 EE +0,2 CC TP - Session 2 : F = 0,8 EE + 0,2 CC TP

• Savoir décrire les principes de base de techniques d’analyse et de séparation couramment utilisées en laboratoire (chromatographie, spectroscopie infrarouge (IR) et de résonance magnétique nucléaire (RMN))
• Savoir extraire les données pertinentes d’un spectre ou d’un chromatogramme
• Interpréter les données spectrales en informations structurales

Croiser des données issues de différentes techniques analytiques pour élucider la structure moléculaire d’un composé

Introduction à la RMN proton (bases du phenomène RMN, effet Zeeman, fréquence de résonance, précession de Larmor, interaction d'ecran electronique, definition de l'échelle de deplacement chimique, interation de couplage scalaire, triangle de Pascal, équivalence chimique et magnétique, analyses de spectres du 1er ordre simples, utilisation des tables de données RMN proton), IR (modèle de l'oscillateur harmnique, analyses de spectres en transmittance, utilisation de tables de données de nombres d'onde IR) , SM (principe général de la SM, applications exclusives en IE, fragmentations des fonctions carbonyle, amine et ether-oxydes, masse nominale) et chromatographie (principe de la séparation, conditions d'optimisation de la séparation)

Nomenclature et connaissance des fonctions chimiques simples ; Représentation des molécules (semi-développée, topologique, Newman) ; Calcul du nombre d’insaturations ; Bases en atomistique ; Connaissance des effets électroniques (inductifs et mésomères) ; Notions sur les forces intermoléculaires ; Notions sur les champs magnétiques. Relation de Bohr; Connaissance du spectre électromagnétique ; Loi de Beer-Lambert.

S3

Cette unité d’enseignement transversale vise à donner à tout étudiant de 1er cycle de l’université Paris Saclay des notions de bases sur les enjeux de la transition écologique à mener dans les décennies à venir pour dépasser les grandes crises environnementales, notamment concernant le changement climatique et l’érosion de la biodiversité. Cette UE est disponible sous forme de ressources numériques avec une partie de présentiel :

• l’équivalent de 18h de cours/td sous forme de ressources numériques (vidéos, ppt, pdf,…)
• 2 fois 1h30 d’amphi débat retransmis en streaming sur un thème
• 2 fois 1h30 de TD sur un thème

Le plan est le suivant : I- Causes anthropiques des changements globaux : évolution de la place de l'être humain dans la nature II- Erosion de la biodiversité et changement climatique III- Comment répondre aux changements globaux : adaptation et actions

Aucun prérequis particulier, cette UE est accessible à tout étudiant de 1e cycle de l’université Paris Saclay

Attendus de l'UE Langue-Anglais3 : Niveau B2 minimum dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais2 tout en introduisant un travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou de l'entreprise) : on prolongera 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 selon la filière (interaction à travers de documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication). La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours. Le travail se fera par groupes de niveau.

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.

Aide à l'orientation Atelier rédaction de CV et de lettre de motivation Atelier recherche de stages

Description: Cet enseignement a pour but de présenter les fondements et les applications de l’optique ondulatoire à travers une approche expérimentale. Le cours, volontairement succinct, donne les bases théoriques, les travaux dirigés permettent d’appliquer les notions vues en cours à des situations qui pourront être rencontrées expérimentalement. Enfin, les séances expérimentales visent à développer des compétences expérimentales spécifiques en optique où une large autonomie est laissée aux étudiants. Par ailleurs, cet enseignement vise à renforcer des compétences plus larges dans le domaine de l’expérimentation (détermination des incertitudes expérimentales, prise en main d’un tableur et du tracé de graphique avec l’outil informatiques, rédaction de compte-rendu, interprétation des résultats).

Plan du cours

I Nature ondulatoire de la lumière

• ondes électromagnétiques : intensité, chemin optique, phase

II Interférences à deux ondes

• différence de marche
• ordre d’interférence
• contraste

III Interféromètre à division d’amplitude

• franges d’égale inclinaison : tracé de rayons, calcul de la différence de marche, observation des anneaux
• franges d’égale épaisseur : tracé de rayons, calcul de la différence de marche, observation des franges
• interféromètre de Michelson dans les deux configurations (lame d’air et coin d’air)

IV Diffraction de la lumière en lumière monochromatique

• principe d’Huyghens-Fresnel
• conditions de Fraunhofer : diffraction en champ lointain
• diffraction par une fente fine
• diffraction par une double fente
• diffraction par les réseaux ( N fentes)

Contenu des projets expérimentaux (4 séances de 4h)

• Construction et alignement d’un interféromètre de Michelson, application à la mesure de l’indice de réfraction de l’air
• Diffraction par des ouvertures simples et multiples en lumière monochromatique
• Interférences et diffraction en lumière polychromatique : réseaux pour la spectroscopie

Objectifs d'apprentissage

• Etudier un interféromètre et caractériser la figure d’interférence obtenue
• Etudier une figure de diffraction et en déduire les grandeurs caractéristiques d’un motif diffractif
• Assembler et aligner finement un montage optique
• Réaliser une mesure, caractériser son incertitude associée et sa propagation sur les grandeurs à déterminer
• Rédiger un compte rendu de séance expérimentale
• Utiliser l’outil informatique pour consigner des valeurs expérimentales et tracer des graphiques avec barres d’incertitude et régression linéaire

Organisation générale de l’UE et modalités pédagogiques Les cours et les TD se déroulent en amont des séances expérimentales. Les étudiants arrivent ainsi en séances expérimentales avec le bagage nécessaire à l’interprétation des observations faites et l’exploitation des mesures qui sont prises. Les séances expérimentales s’enchaînent selon un ordre chronologique défini correspondant à la progression du cours.

Pré-requis - Optique géométrique : lois de Snell-Descartes sur la réflexion et la réfraction, lentilles minces, construction d’une image et formules de conjugaison - Phénomènes ondulatoires : ondes mécaniques

Bibliographie Optique, E. Hecht Optique – Une approche expérimentale et pratique, S. Houard Cours d’optique, J. Roussel : https://femto-physique.fr/optique/

Evaluation Séances expérimentales : un travail préparatoire individuel et noté est à rendre au début de chaque, chaque est séance donne lieu à une note de participation individuelle, à l’issue de chaque séances les étudiants rendent un compte rendu par binôme qui est évalué. Un examen de TP en fin de semestre permet d’évaluer les compétences expérimentales. Un examen écrit permet d’évaluer les compétences théoriques, calculatoires et de raisonnement.

Modalités

• 6h CM, 8h TD, 16h TP

1. Savoir décrire le solide cristallin en termes de motifs, de réseau périodique. 2. Connaître les structures types des solides cristallins dans le cadre du cristal parfait. Savoir prédire la nature des interstices occupés par un élément dans un réseau. Savoir décrire une structure en termes d’empilements de polyèdres. 3. Connaître les différentes natures de liaison dans la matière condensée et leur lien avec la cohésion du réseau cristallin. 4. Comprendre les relations entre structures cristallines et nature des liaisons, et propriétés physico-chimiques

Cours/TD 1. Rappels 1.1 notions de maille, de motif et de périodicité 1.2 notion de modes de réseau 1.3 calculs de masse volumique, de compacité 2. Construction des structures types 2.1 modèle des sphères dures tangentes, construction des empilements métalliques 2.2 sites d’insertion : localisation et taille 2.3 solutions solides d’insertion ou de substitution 2.4 solides ioniques : conditions de stabilité, polyèdres de coordination

3. Cohésion et propriétés des solides cristallins 3.1 lien entre la nature des liaisons et la cohésion du réseau cristallin 3.2 énergie réticulaire : cycles thermodynamique, modèle de sphères dures 3.3 propriétés mécaniques (ductile, fragile) 3.4 propriétés électriques (isolant, métal)

TP 1. manipulation de modèles de structures cristallines

TDi 1. utilisation d’un logiciel de visualisation de structures cristallines

L1 PCST - Atomes , molécules, solides L1 BCST - Chimie 1 : De l’atome à la matière

L1 PCST - Atomes , molécules, solides L1 BCST - Chimie 1 : De l’atome à la matière

• Chimie des Solides, J-F. Marucco, EDP Sciences 2004, (cours + exercices)

• Chimie des matériaux inorganiques : 2de année PC-PC*, A. Durupthy et coll., H Prepa, 2000 (cours + exercices)

Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus).

OAV 1 : Localiser le(s) sites(s) réactif(s) au sein d'une molécule organique et anticiper sa(leurs) réactivité(s) relatives.

OAV 2 : Assimiler et savoir mobiliser les mécanismes fondamentaux des réactions organiques (Partie 2) : Addition/élimination sur les acides carboxyliques et leurs dérivés, additions électrophiles sur les alcènes, Substitutions électrophiles aromatiques (SEAr).

OAV 3 : Maitriser la préparation et l'utilisation en synthèse organique des acides carboxyliques et de leurs dérivés, des alcènes et des composés aromatiques.

Responsable de l'UE : Sophie Bezzenine Première partie : Synthèse et réactivité des acides carboxyliques et de leurs dérivés

• Les acides carboxyliques et leurs dérivés
• Propriétés générales :

  Un carbone électrophile et un oxygène basique. Réaction d'addition-élimination avec des nucléophiles forts : réaction générale et exemples. Réaction avec des nucléophiles faibles : de la nécessité d'une activation par un acide. Réaction générale et exemples Ordre de réactivité des acides carboxyliques et de leurs dérivés

• Synthèses et interconversions des acides carboxyliques et de leurs dérivés

  Acides carboxyliques : synthèse, acidité et transformations. Dérivés d'acides carboxyliques : préparation et interconversions.

Deuxième partie : Synthèse et réactivité des alcènes

• Préparation des alcènes :

  Réactions E1 ou E2. Réduction ménagée des alcynes

• Additions électrophiles sur les alcènes :

  Généralités Réactions non stéréospécifiques avec intermédiaire carbocation (addition hydracides, hydratation). Réactions stéréospécifiques anti syn (dibromation, acides hypohalogéneux, iodolactonisation) ou syn (dihydrogénation, dihydroxylation, époxydation, hydoboration/oxydation, coupures oxydantes).

Troisième partie : Synthèse et réactivité des composés aromatiques

• Généralité sur les composés aromatiques et l'aromaticité

  Règles de Hückel. Nomenclatures des composés aomatiques

• Substitutions électrophiles aromatiques :

  Généralités (benzène) : une addition électrophiles suivie d'une réaromatisation Benzènes substitués : influence des substituants sur l'activation, la désactivation et l'orientation des SEAr (stabilités relatives des intermédiaires de Wheland, règles de Holleman

• Quels électrophiles pour les SEAr ?

  Fonctionnalisation du noyau benzénique par des hétéroéléments : Halogénation, Nitration et sulfonation.

Création de liaisons C-C sur un noyau benzénique : Alkylation et acylation (Friedel et Crafts).

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie. Chimie de la L2 S3

S4

Chimie Organique », N. Rabasso, De Boeck. « Chimie Organique : les grands principes », J. Mc Murry, De Boeck. « Chimie Organique », J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers, Oxford. « Traité de Chimie Organique », P. Vollhardt et N. Schore, De Boeck. « Chimie Organique : Tout le cours en fiches », J. Maddaluno, V. Bellosta, I. Chataigner, F. Couty, L. Garcia, A. Harrison-Marchand, M.-C. Lasne, C. Lopin-Bon, J. Rouden, Dunod

Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Interrogations en TD, examen final.

1. Identifier le type de réaction en solution aqueuse à l’aide des données thermodynamiques.

Connaître les différents types de réaction en solution aqueuse. Savoir équilibrer les équations de réactions chimiques en solution.

2. Définir le sens d’évolution spontanée et l’état d’équilibre d’un système siège d’une réaction chimique.

Poser et vérifier les hypothèses simplificatrices dans le but d’établir la composition d’une solution aqueuse à l’équilibre. Prévoir l’état final d’une réaction à l’aide des données thermodynamiques.

3. Définir la composition chimique d’une solution aqueuse en fonction d’un paramètre du système.

Exploiter et établir un diagramme de prédominance, d’existence ou de distribution de différentes espèces en solution.

4. Relier la composition d’une pile à la différence de potentiel à ses bornes.

Calculer le potentiel d’électrode à l’équilibre. Connaître les éléments constitutifs d'une pile. Construire une pile et identifier son fonctionnement.

5. Réaliser et analyser de manière critique un dosage en solution aqueuse en utilisant plusieurs méthodes.

Repérer l’équivalence par différentes méthodes. Exploiter les résultats expérimentaux pour déterminer la concentration d’une espèce dosée. Identifier et analyser les sources d’erreur, évaluer la précision d’un dosage. Comparer la pertinence relative d’une méthode de suivi d’un dosage. Réaliser un étalonnage. Suivre les règles d'hygiène et de sécurité. Connaitre et savoir utiliser le matériel de base du laboratoire chimique.

6. Savoir retrouver une grandeur thermodynamique à partir d’un dosage en solution aqueuse.

Exploiter une courbe de dosage pour déterminer une valeur expérimentale d’une constante thermodynamique. Modéliser une courbe de dosage dans un cas simple.

1. Rappels : transformation de la matière et thermochimie (solution aqueuse, réactions en solution, activité chimique d’une espèce, état d’équilibre, constante d'équilibre, enthalpie libre de réaction, sens d’évolution spontanée d’une réaction chimique, théorie acide-base selon Brønsted-Lowry, constante d’acidité et force relative des acides et des bases).

2. Détermination de l’état d’équilibre d’une solution aqueuse : méthode de la réaction prépondérante.

3. Equilibres acide-base : calcul de pH dans des cas simples (acides forts, acides faibles, bases fortes, bases faibles, polyacides, polybases, ampholytes), diagramme de prédominance et de distribution des espèces en fonction du pH, solutions tampons.

4. Equilibres de complexation : notions de base (complexe, ligand), nomenclature, constantes de formation et de dissociation, équilibres successifs, diagrammes de prédominance, prévision du sens d’échange de ligand ou de centre métallique, rôle acido-basique.

5. Équilibres de précipitation-dissolution : notion de solubilité d’un composé ionique, produit de solubilité, solubilité et stœchiométrie des sels, condition de précipitation, domaine d'existence d'un solide, facteurs influençant la solubilité d'une espèce (effet d'ion commun, pH, complexation), précipitation sélective des cations métalliques en solution aqueuse.

6. Équilibres d’oxydoréduction : degré d'oxydation, couple redox, réaction d’oxydoréduction (équilibrer une équation de réaction redox par la méthode des demi-réactions, calculer une constante d’équilibre, prévoir le sens d’une réaction redox), notion d’une cellule électrochimique (circuit ouvert, mode galvanique et régime d’électrolyse), fonctionnement d’une pile (pile Daniell), différents types d’électrode, potentiel d’oxydoréduction, approche empirique de la relation de Nernst, force électromotrice d’une pile et enthalpie libre de réaction, facteurs influençant le potentiel redox (précipitation, complexation, pH), potentiel standard apparent, introduction aux diagrammes potentiel – pH.

7. Analyse en solution aqueuse : diverses méthodes de dosage (direct, en retour, par étalonnage), équilibres chimiques et dosages (acide/base, redox, complexométrique, par précipitation), relation à l’équivalence, détection de l’équivalence (colorimétrie, conductimétrie, potentiométrie), choix d’un indicateur coloré, dosages simultanés et successifs, estimation de l’incertitude de la mesure lors d'un dosage.

L1 PCST (S2) : Transformation de la matière L1 BCST (S2) : Transformation et propriétés de la matière L2 (S3) : Thermochimie

S4

1. Chimie analytique. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler. Traduction et révision scientifique de la 7ème édition américaine par C. Buess-Herman, J. Dauchot-Weymeers et F. Dumont. De Boeck, 2006. 2. Chimie physique. P. W. Atkins, J. De Paula. Traduction de la 9ème édition américaine par J. Toullec. De Boeck, 2013. 3. Chimie Tout-En-Un MPSI-PTSI. B. Fosset. Collection : j'intègre tout-en-un. Dunod, 2004. 4. Exos Résolus - Prépas Chimie PCSI. J. Calafell, B Champin, B. Durand, D. Nogue, J.-B. Rote, D. Vivares. Hachette Éducation, 2015. 5. De l’oxydoréduction à l’électrochimie. Y. Verchier, F. Lemaître. Ellipses, 2006. Tout autre ouvrage de niveau Licence sur le programme détaillé ci-dessus.