M1 Physique - Voie Irène Joliot-Curie - ENS Paris Saclay

Trois groupes de niveau.

Pratique de l'anglais scientifique et approfondissement de la grammaire et de la culture anglaise.

Aucun. Un test d'anglais est pratiqué en début d'année.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

GIF-SUR-YVETTE

Septembre - Octobre - Novembre.

ORSAY

Sept séances en laboratoire suivies d'une séance de soutenances. Un rapport est rédigé par chaque trinôme.

Le projet expérimental consiste en sept séances en laboratoire puis une séance de soutenances devant le reste de la promotion. Chaque trinôme d'étudiants travaille sur un projet et doit développer son propre programme d'expériences, puis rédiger un rapport.

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY - PALAISEAU - GIF-SUR-YVETTE

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Bruno Espagnon Xavier Garrido Carole Gaulard Iolanda Matea.

Cours et TD au 1er semestre. Un cours de 1h45 + un TD de 1h45 chaque semaine. Mise à disposition de notes de cours. 1 examen partiel. 1 examen terminal. Un aide-mémoire est fourni en annexe des partiels et examens.

L'objectif pédagogique de ce cours est de donner aux étudiants de M1 une introduction à la physique des particules et à la physique nucléaire et leur présenter les dernières découvertes dans ce domaine. A la fin, ils doivent maîtriser les concepts généraux de cette physique pour aborder des cours plus techniques de niveau M2.

Cours et TD :
-Introduction et notions générales :
Introduction à la physique subatomique
Sonder la matière
Section Efficace

-Physique des Particules
Particules et Symétries
Classification des particules
Particules et Interactions
Particules et lois de conservation
Phénoménologie des hadrons
Modèle des quarks
Les neutrinos

-Physique nucléaire
Forces nucléaires
Modèles nucléaires
Processus nucléaires dynamiques I
Processus nucléaires dynamiques II
Applications de la physique nucléaire.

-Conclusion

Cours de relativité. Cours de mécanique quantique. Connaissances générales de physique (électromagnétisme, physique statistique …) Dans l'étude de la structure du noyau, on retrouve des concepts développés dans le cours de physique atomique et moléculaire (modèle en couche).

•Physique nucléaire : des quarks aux applications, Claude Le Sech, Christian Ngô : Dunod •Noyaux et particules (vol. 1), Le monde subatomique (vol. 2), Luc Valentin, Editeur : Hermann •Introductory Nuclear Physics, Kenneth Krane, Editeur : John Wiley & Sons •Modern Particle Physics, Mark Thomson, Cambridge University Press •Introduction to Elementary Particles, David Griffiths, Editeur : Wiley VCH •Introduction à la physique subatomique, André Rougé, Editeur : Ellipses Marketing •Quarks and leptons Francis Halzen, Alan D. Martin, Editeur : John Wiley & Sons •Relativité restreinte : Bases et

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

L’UE est composée de 12 séances de cours de 3h30 et d’un TP-projet de 9h se déroulant 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 3h, et d’une évaluation du TP-projet par contrôle continu et soutenance.

L’objectif de cette UE est de proposer un enseignement approfondi des différentes disciplines de l’astrophysique. Les lois physiques gouvernant la formation et l’évolution des objets de l’Univers à toutes les échelles spatiales et temporelles seront abordées. L’enseignement théorique sous forme de cours magistraux, prépondérant, sera complété par des travaux pratiques d’observation au télescope afin d’avoir un aperçu complet de l’Astrophysique, une discipline avant tout guidée par l’observation. Les thèmes abordés en cours sont :
1) Accrétion et Objets compacts
2) Physique stellaire
3) Systèmes planétaires
4) Galaxies et grandes structures
5) Cosmologie
Le cours est complété par un TP-projet portant 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….

L’UE s’adresse aux étudiants possédant une solide formation en physique fondamentale.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Magnétisme (V. Jeudy), il s’agit d’un cours-TD suivit d’une lecture d’articles. Supraconductivité (M. Ferrier, P. Simon), il s’agit d’un cours illustré suivi d’un TD en lien direct avec le cours qui s’appuie sur des articles scientifiques.

Magnétisme et supraconductivité sont deux domaines florissants de la Matière Condensée aussi bien pour la recherche fondamentale que pour les applications (énergie, stockage de l’information, ordinateur quantique). Nous exposerons d’abord les concepts de base qui reposent sur des acquis de physique fondamentale (électromagnétisme, physique statistique et mécanique quantique), puis nous aborderons des développements originaux actuels et des domaines d’application récents. Les deux parties, peu présentes dans le cours de tronc commun, constituent un socle nécessaire pour aborder la matière quantique (niveau M2).

Contenu et plan développé:
Magnétisme
-Origines du magnétisme – description micromagnétique
-Etats magnétiques de nano-aimants – physique du disque dur
-Domaines magnétiques et parois de domaines
-Dynamique d’aimantation – dynamique des parois de domaines
-Rudiments d’électronique de spin – phénomènes physiques et applications
Supraconductivité
-Supraconductivité : un état quantique macroscopique
-Thermodynamique des supraconducteurs
-Théorie de Ginzburg Landau des supraconducteurs
-Effet Josephson et application aux qubits supraconducteurs
-Origine microscopique de la supraconductivité.

Physique statistique niveau L3-M1 (Modèle du cristal paramagnétique, traitement en champ moyen des transitions de phases, des notions de statistiques quantiques), Electromagnétisme des milieux.

E. du Trémolet de Lacheisserie, Magnétisme I (Fondements), PUG, EDP Sciences (2008). J. M. D. Coey, Magnetism and magnetic materials, Cambridge University Press (2012). J. F. Annett, Superconductivity, Superfluids and condensates, Oxford University Press (2004). M. Tinkham, Introduction to superconductivity, Dover Publications (2004).

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Catherine Krafft.

Cours, TD préparés à la maison (livret d’exercices) et corrigés en cours, problèmes et annales donnés en début d’année. Plusieurs illustrations physiques sont données pour chaque cours (images, vidéos, animations).

Ondes non-linéaires : solitons et ondes de chocs - Ondes solitaires – Raidissement non-linéaire – Solitons – Ondes de choc - Equations de Korteweg-de Vries (KdV) et Burger – Invariants et stabilité.
Interactions non-linéaires entre ondes – Analyse perturbative à plusieurs échelles de temps – Couplages résonants -
Systèmes d’oscillateurs couplés par une pompe - Instabilités paramétriques –Instabilité à deux faisceaux oscillants – Instabilités Raman et Brillouin.
Théorie de la turbulence forte
Force pondéromotrice – Turbulence forte – Equations de Zakharov – Formation de cavitons – Piégeage d’ondes - Collapse et Burn-out – Equation de Schrödinger non-linéaire – Instabilités modulationnelles – Solitons enveloppe.
Interaction ondes-particules
Piégeage de particules par des ondes - Couche stochastique – Formation de vortex – Largeur de résonance – Critère de Chirikov – Echanges d’énergie ondes-particules – Conditions de résonance – Amortissement Landau.
Théorie quasi-linéaire de la turbulence faible
Equation non-linéaire de diffusion des particules – Coefficients de diffusion résonants et non résonants - Echanges d’énergie ondes-particules – Stabilisation d’un paquet d’ondes – Relaxation de la fonction de distribution des particules.

Cursus de Physique Fondamentale ou cycle Ingénieur Grandes Ecoles.

Polycopié de C. Krafft.

ORSAY

Les cours et les travaux dirigés ont lieu le vendredi après-midi. Sur un créneau de 3h30. Ils sont soit alternées une semaine non l’autre, soit consécutifs 1h45 + 1h45.

C’est un cours d’introduction à la théorie classique des champs, et à la quantification canonique, basé sur le cas pratique de l’électrodynamique. On fait, en travaux dirigés, une large place à l’étude de phénomènes physiques (désintégration bêta, diffusion Thomson et Rayleigh, effet Casimir…).

Plan du cours :
• Rappels de relativité restreinte: notation covariante, tenseurs, intégration et
théorème de Gauss-Ostrogradsky dans l’espace de Minkowski.
• Théorie du rayonnement: potentiels retardés en jauge de Lorentz, formule de
Larmor. Rayonnement par une distribution de charges et de courants.
• Théorie classique des champs. Formalisme lagrangien pour le champ électromagné-
tique et les particules en interaction. Tenseur impulsion-énergie. Symétries et lois
de conservation.
• Quantification du champ en jauge de Coulomb. Fluctuations du vide. Interaction
entre photons et atomes, émission spontanée.

Une certaine familiarité avec les équations de Maxwell, et des bases en relativité restreinte et mécanique lagrangienne, un cours introductif de physique quantique.

Classical electrodynamics » par J. D. Jackson « Théorie des champs » par L. Landau et E. Lifchitz. Volume 2 du cours de physique théorique « Invariances en physique et théorie des groupes », par J.B. Zuber « Ondes multipolaires, lagrangien et hamiltonien du champ électromagnétique ». cours de C. Cohen-Tannoudji au Collège de France

Il y a également une page web avec un poly de cours et les textes de travaux dirigés, ainsi que des annales: http://lptms.u-psud.fr/nicolas_pavloff/enseignement/electrodynamique-classique-et-quantique/.

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

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

Guillaume Roux.

Cours et Tds alternent de façon hebdomadaire avec une présentation classique entièrement faite au tableau sauf pour la partie numérique. Les modalités de contrôle de connaissance sont •contrôle continu: 4 petits exercices écrits pendant les TDs (typiquement finir les dernières questions) •examen final : 3 heures, écrit •note finale (2*Exam + CC)/3

site web du cours (avec sujets, résumé de cours et annales): http://lptms.u-psud.fr/wiki-cours/index.php/Transitions_de_phase.

Ce cours propose une introduction aux méthodes de physique statistique et théorie des champs appliquées à l’étude des transitions de phase. Après avoir présenté la méthode de champ moyen dans le cas particulier du modèle d’Ising, nous allons dégager des propriétés génériques des transitions de phase. Une approche phénoménologique développée par Landau permet de classifier les transitions de phase sur la base d’arguments de symétries et du développement d’une énergie libre, appelée énergie libre de Landau, en termes du paramètre d’ordre différenciant la phase ordonnée de la phase désordonnée. Cette approche permet de généraliser l’étude aux systèmes inhomogènes ainsi qu’aux aspects dynamiques des transitions de phase, c’est la théorie de Ginzburg-Landau. Nous mettrons le focus sur le rôle des fluctuations et de l’invariance d’échelle au voisinage du point critique.
Syllabus
•Champ moyen sur le modèle d'Ising ferromagnétique
•Théorie de Landau et classification des transitions de phases
•Systèmes inhomogènes, théorie de Ginzburg Landau
•Fluctuations
•Invariances d'échelle et universalité
•Dynamique des transitions de phases
•Approches numériques.

Thermodynamique, physique statistique, mécanique lagrangienne, méthodes mathématiques pour la physique.

•Pavloff & Sator : physique statistique •Chaikin & Lubensky : principles of condensed matter •Batrouni, le Bellac, Mortessagne : Equilibrium and Non-Equilibrium Statistical Thermodynamics •Ben Simmons : Phase Transitions and Collective Phenomena.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Bruno Espagnon Xavier Garrido Carole Gaulard Iolanda Matea.

Cours et TD au 1er semestre. Un cours de 1h45 + un TD de 1h45 chaque semaine. Mise à disposition de notes de cours. 1 examen partiel. 1 examen terminal. Un aide-mémoire est fourni en annexe des partiels et examens.

L'objectif pédagogique de ce cours est de donner aux étudiants de M1 une introduction à la physique des particules et à la physique nucléaire et leur présenter les dernières découvertes dans ce domaine. A la fin, ils doivent maîtriser les concepts généraux de cette physique pour aborder des cours plus techniques de niveau M2.

Cours et TD :
-Introduction et notions générales :
Introduction à la physique subatomique
Sonder la matière
Section Efficace

-Physique des Particules
Particules et Symétries
Classification des particules
Particules et Interactions
Particules et lois de conservation
Phénoménologie des hadrons
Modèle des quarks
Les neutrinos

-Physique nucléaire
Forces nucléaires
Modèles nucléaires
Processus nucléaires dynamiques I
Processus nucléaires dynamiques II
Applications de la physique nucléaire.

-Conclusion

Cours de relativité. Cours de mécanique quantique. Connaissances générales de physique (électromagnétisme, physique statistique …) Dans l'étude de la structure du noyau, on retrouve des concepts développés dans le cours de physique atomique et moléculaire (modèle en couche).

•Physique nucléaire : des quarks aux applications, Claude Le Sech, Christian Ngô : Dunod •Noyaux et particules (vol. 1), Le monde subatomique (vol. 2), Luc Valentin, Editeur : Hermann •Introductory Nuclear Physics, Kenneth Krane, Editeur : John Wiley & Sons •Modern Particle Physics, Mark Thomson, Cambridge University Press •Introduction to Elementary Particles, David Griffiths, Editeur : Wiley VCH •Introduction à la physique subatomique, André Rougé, Editeur : Ellipses Marketing •Quarks and leptons Francis Halzen, Alan D. Martin, Editeur : John Wiley & Sons •Relativité restreinte : Bases et

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Janvier - Février - Mars.

GIF-SUR-YVETTE

Validation du stage et préparation de la convention de stage avec le responsable au premier semestre. Départ en stage mi-mars après les examens. Rapport à mi-stage d'une page. Rapport de stage à rendre début juillet pour une soutenance mi-juillet.

Stage de recherche en laboratoire, si possible à l'étranger.

Mars - Avril - Juin - Juillet.

Laboratoires de recherche

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

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

Les cours se dérouleront à l’ENS Paris-Saclay et à l’Université Paris-Saclay le vendredi après-midi sur la période s’étalant de janvier à mars.

L’UE est divisée en 7 séances de 3h30 soit 25h au total. A chaque séance, 1h45 est dédiée à la partie Biologie et 1h45 à la partie Biophysique. Une unité thématique est associée à chaque séance et abordée à la fois dans la partie Biologie et la partie Biophysique. Les 7 séances se suivent dans un ordre logique en abordant le fonctionnement et l’étude du vivant depuis l’échelle moléculaire jusqu’à l’échelle de l’organisme.

L’évaluation de l’UE prendra la forme d’un examen terminal écrit regroupant des questions de cours et des exercices alliant la Biologie et la Biophysique.

L’objectif de la partie biologie est d’aborder dans les grandes lignes un certain nombre d’aspects fondamentaux du fonctionnement des systèmes biologiques. Sans rentrer dans les détails, ni multiplier les exemples, les différents cours permettent d’aborder les bases de la biologie. La progression des cours suit un plan par échelle, des biomolécules aux organismes, et est conçue en étroite interaction avec la partie biophysique.

L’objectif de la partie physique (biophysique) est de présenter quelques méthodes physiques utilisées pour étudier le vivant à différentes échelles. Chaque cours présente une méthode ou un ensemble de méthodes depuis leur principe jusqu’à leur utilisation et leur application en biologie. Les séances sont conçues pour allier cours et TD.

Il n’est pas nécessaire d’avoir des pré-requis en Biologie pour suivre cette UE. Les concepts de base seront rappelés lorsque nécessaire pour permettre à chacun de suivre l’ensemble de l’UE.

Des connaissances de niveau L2-L3 en électrostatique, magnétostatique, électromagnétisme, ainsi qu’en optique physique (interférences et diffractions) sont souhaitables mais des rappels seront fait si nécessaires.

Molecular Biology of the Cell, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter ; 6ème édition, 2014, Garland Science Physical Biology of the Cell, Rob Philipps, Jane Kondev, Julie Theriot, Hernan Garcia, 2ème edition, 2012, CRC Press Book.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Cours + TD corrigé. Sans Partiel ! un seul examen (oral ou écrit en fonction du nombre d’étudiant).

Ce module constitue une introduction aux concepts et aux outils associés au phénomène de l’optique non-linéaire, illustrée par des exemples choisis en deuxième ordre et troisième ordre. Le cours comporte plusieurs parties, de notion de base, aux calculs détaillés, puis aux applications potentielles:
- Introduction aux systèmes faiblement non-linéaires par développement perturbatif classique.
- Susceptibilités généralisées: tenseurs. Implications physiques dans le contexte de l'interaction lumière-matière.?
- Des équations de Maxwell à l'équation générale d'optique non-linéaire.
- Traitement des processus d'optique non-linéaire d'ordre 2: génération paramétrique, génération de second harmonique, etc.
- Optique non-linéaire dans un milieu périodique et quasi-périodique: quasi-accord de phase, cristal non-linéaire photonique.?
- Optique non-linéaire d'ordre 3: génération de troisième harmonique, effet Kerr optique, effet Raman, etc.
- Applications de l'optique non-linéaire au microscopie: STED, Nanoscopie non-linéaire, CARS, etc.

Connaissance de l’optique (géométrique et ondulatoire), et physique des lasers.

1.Livre « Nonlinear Optics », 3ème ed. Robert Boys 2.Livre “The principle of Nonlinear Optics”, Y. R. Shen 3.Livre “Optique non-linéaire”, François Sanchez (Ellipses, 1999).

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Denis Boiron.

Le point principal du cours est la quantification du champ électromagnétique et l’étude de quelques exemples emblématiques d’états non classiques de la lumière.
Après des rappels de mécanique quantique et la description du corps noir, le champ électromagnétique sera quantifié. Suivront l’interaction photon-atome, la détection de photons, le bruit d’un interféromètre et la notion d’états compressés.

Notion en mécanique quantique (postulats de la mécanique quantique, notion de Dirac, niveau d’énergie d’un atome), en électromagnétisme (équations de Maxwell, potentiels scalaire et vecteur, énergie électromagnétique) et en mathématiques (analyse vectorielle, espace vectoriel).

Quantum Optics, an introduction, M. Fox, Oxford Master Series (2006) Introductory Quantum optics, C. Gerry and P. Knight, Cambridge (2006) The quantum Theory of light, R. Loudon, Oxford University Press A guide to experiments in quantum optics, H.-A. Bachor, T. Ralph, Wiley (2004).

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Emmanuelle Deleporte Jean-Sébastien Lauret Odile Stephan.

Il y aura tout d’abord 4 séances de cours/TD (fabrication des nano-objets, méthodes d'investigation à l'échelle nano, transport à l'échelle nano, interaction lumière-matière), puis 2 séances encadrées de travail sur documents pour répondre à une question posée. Exemple de questions posées: expliquer la couleur des nanoparticules; la loi d’Ohm est-elle encore valable dans les matériaux à basse dimensionnalité. La dernière séance sera consacrée au rendu, sous forme écrite et orale, du travail effectué pendant les 2 séances de travail.

Explorer les effets de la dimensionnalité sur les propriétés électroniques, optique et de transport, classique / quantique, de matériaux et de structures nanométriques.
Le contenu des cours reposera sur :
• Ordres de grandeur pertinents
• Quelques éléments sur la fabrication des objets nanométriques
• Méthodes d’investigation des objets nanométriques : spectroscopies (Raman, optique, …),
microscopies (électronique, champ proche)
• Interaction lumière-matière
• Transport.

Physique ondulatoire, physique quantique, physique statistique quantique, matière condensée (bandes, semiconducteur, métal, modèle de Drude).

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Ce cours est articulé autour de deux axes principaux :
? L’étude des concepts et méthodes de la physique des processus irréversibles, orientée vers la problématique de l’efficacité de stockage et de conversion énergétique, à travers les modélisations microscopique (processus markoviens) et macroscopique (flux linéaires couplés) classiques. La thermodynamique et ces deux cadres de descriptions sont utilisés pour présenter les deux principaux types de convertisseurs : les machines thermiques de Carnot et les machines chimiques de Van’t Hoff.
? La description et l'analyse physique des principes et limitations des générateurs photovoltaïques et électrochimiques (piles à combustible).
Et deux axes secondaires :
? Le développement d’une vision physique unifiée des procédés de stockage de l’énergie, thermique, mécanique, chimique, électrique, magnétique… permettant de comparer les performances de ces différents systèmes sur la base du théorème du viriel.
? Une introduction à l’énergétique des systèmes mésoscopique et aux limites, récemment identifiées, des résultats classique de la thermodynamique des échanges d’énergie à ces échelles intermédiaires.

Mécanique, thermodynamique et électrodynamique classiques niveau prépa agrégation.

PHYSIQUE DE LA CONVERSION D’ENERGIE, JM Rax, 354 pages-206 figures, ISBN 978-2-7598-0792-5Editions EDP-Sciences, Collection Savoirs Actuels, 2015. ELECTROMAGNETISME MILIEUX STRUCTURES ENERGIE, JM Rax, 320 pages-131 figures, ISBN 978-2-8073-0693-6, Editions De Boeck, Juin 2017.

Janvier - Février - Mars.

ORSAY

Les séances 1 à 4 sont des cours-TD, et les séances 5 à 7 sont des séances d’apprentissage par problème lors desquelles le groupe d’étudiant·es sera dédoublé s’il est supérieur à 20. Évaluation : -une évaluation formative sous forme de quizz en premier séance -une note de présentation orale du problème traité (40%) -un examen final classique (60%).

A l’issue de cette UE, les étudiant·es peuvent :
Restituer des notions de base :
- variables géophysiques pertinentes
- bilan d’énergie
- mise en mouvement des enveloppes fluides
Identifier et donner le sens physique des termes présents dans les lois de conservation
Mettre en équation un problème formulé en langage naturel
Simplifier les équations et les résoudre
Calculer des ordres de grandeur

Déroulé de l’UE :
Séance 1
- Présentation de l’UE et de la méthode pédagogique
- Quizz : où en sont vos connaissances ?
- Equation de Navier-stockes et ordres de grandeurs de quelques phénomènes
Séance 2
- dynamique de l’atmosphère
Séance 3
- dynamique des océans
Séance 4
- Le bilan radiatif de la Terre
Séances 5 et 6 : Apprentissage par problème
Chaque étudiant·e choisit un problème avec un groupe de 3. Chaque groupe dispose d’un matériel pédagogique de démarrage. La séance comprend une explication précise du rendu attendu.
Séance 7 : restitution sous forme de présentations orales, évaluées par les pairs et par l’équipe pédagogique.

-Savoir faire des calculs vectoriels simples (application d’un gradient, rotationnel, divergence, Laplacien, …) -Savoir manipuler des dérivées partielles -Savoir projeter une équation vectorielle sur les axes d’un repère en coordonnées cartésiennes, cylin.

-Dynamique de l’atmosphère et de l’océan, P. Bougeault et R. Sadourny, Les éditions -de l’Ecole Polytechnique -Fondamentaux de météorologie, S. Malardel, Editions Cepaduès/Météo France -Physique et chimie de l’atmosphère, R. Delmas, G. Mégie, et V.-H. Pe.

Janvier - Février - Mars.

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Bartjan Van Tent Renaud Parentani.

Sept cours de 3,5h, dont les trois premiers sont consacrés à la relativité générale et les quatre derniers à la cosmologie. Le format sera celui du cours-TD : cours et TD mélangés. Le contrôle aura lieu par examen écrit à la fin.

Pour aborder les aspects modernes de la gravitation et de la cosmologie on utilisera la notion de champ se propageant dans un espace-temps 4D.

On montrera que :
1.1 L’équation d’onde découle de l'action d'un champ scalaire dans l'espace de Minkowski ; puis en utilisant des coordonnées curvilinéaires on introduira les notions clés de la géométrie différentielle.
1.2 En s’appuyant sur le principe d'équivalence, les effets gravitationnels sont encodés dans la métrique et les équations d'Einstein dérivent d’un principe de moindre action.
1.3 La propagation dans la métrique d'un trou noir conduit en mécanique quantique au rayonnement de Hawking.

2.1 L’évolution et l'histoire de l'univers découlent des équations d'Einstein, avec comme seuls ingrédients des invariances observées et des propriétés de son contenu matériel.
2.2 Une période d'inflation, décrite par un champ scalaire, est nécessaire pour résoudre des problèmes du modèle standard.
2.3 Les fluctuations cosmologiques (quantiques) de ce champ sont les germes de toutes les structures dans l'univers.
2.4 Ces fluctuations sont mesurées avec précision dans le fond diffus cosmologique, augmentant ainsi notre compréhension de la cosmologie.

Relativité restreinte et dérivées partielles.

- Bernard F. Schutz, ``A First Course in General Relativity’’. Introduction claire et accessible à la relativité générale. - R. Wald, ``General Relativity’’. Présentation rigoureuse des concepts mathématiques. - Misner, Thorne, Wheeler, ``Gravitation’’.

Janvier - Février - Mars.

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Bruno Espagnon Xavier Garrido Carole Gaulard Iolanda Matea.

Cours et TD au 1er semestre. Un cours de 1h45 + un TD de 1h45 chaque semaine. Mise à disposition de notes de cours. 1 examen partiel. 1 examen terminal. Un aide-mémoire est fourni en annexe des partiels et examens.

L'objectif pédagogique de ce cours est de donner aux étudiants de M1 une introduction à la physique des particules et à la physique nucléaire et leur présenter les dernières découvertes dans ce domaine. A la fin, ils doivent maîtriser les concepts généraux de cette physique pour aborder des cours plus techniques de niveau M2.

Cours et TD :
-Introduction et notions générales :
Introduction à la physique subatomique
Sonder la matière
Section Efficace

-Physique des Particules
Particules et Symétries
Classification des particules
Particules et Interactions
Particules et lois de conservation
Phénoménologie des hadrons
Modèle des quarks
Les neutrinos

-Physique nucléaire
Forces nucléaires
Modèles nucléaires
Processus nucléaires dynamiques I
Processus nucléaires dynamiques II
Applications de la physique nucléaire.

-Conclusion

Cours de relativité. Cours de mécanique quantique. Connaissances générales de physique (électromagnétisme, physique statistique …) Dans l'étude de la structure du noyau, on retrouve des concepts développés dans le cours de physique atomique et moléculaire (modèle en couche).

•Physique nucléaire : des quarks aux applications, Claude Le Sech, Christian Ngô : Dunod •Noyaux et particules (vol. 1), Le monde subatomique (vol. 2), Luc Valentin, Editeur : Hermann •Introductory Nuclear Physics, Kenneth Krane, Editeur : John Wiley & Sons •Modern Particle Physics, Mark Thomson, Cambridge University Press •Introduction to Elementary Particles, David Griffiths, Editeur : Wiley VCH •Introduction à la physique subatomique, André Rougé, Editeur : Ellipses Marketing •Quarks and leptons Francis Halzen, Alan D. Martin, Editeur : John Wiley & Sons •Relativité restreinte : Bases et

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

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Déroulement et organisation pratique (max 1000 caractères) : Modalité de contrôle des connaissances Session 1 : Partiel + Examen ; note finale sup(examen, moyenne(partiel,examen)) Session 2 : Examen Ecrit ou Examen Oral.

Ce cours constitue une introduction à la physique des solides. Il s’agit ici de décrire avec la mécanique quantique et la physique statistique le comportement d’un grand nombre d’électrons dans un cristal afin de rendre compte des propriétés des matériaux. L’arrangement périodique des atomes dans un cristal structure les niveaux d’énergie des électrons, et combiné au principe de Pauli, conduit à la diversité des propriétés électroniques; isolant, métal, semiconducteur. On abordera aussi le problème délicat des interactions entre électrons qui peuvent générer de nouveaux états fondamentaux magnétiques, supraconducteurs… au cœur des développements récents.
La physique des solides (ou ‘matière quantique’) est un des domaines de la matière condensée qui inclut aussi la matière dite molle que l’on ne pourra pas aborder dans ce cours.

Plan du cours
I- Electrons libres (métaux)
II - Description des cristaux, réseau réciproque, diffractions
III- Structure électronique des Solides
Bandes d’énergie (liaisons fortes)
Application aux semiconducteurs
IV- Electrons en interactions
Magnétisme (transition de phase ferromagnétique)
Supraconductivité.

Bases de Mécanique quantique, Physique Statistique, Statistiques Quantiques, Thermodynamique, Electromagnétisme.

- C. Kittel : Physique de l’Etat Solide (Dunod) - N.W. Ashcroft et N.D. Mermin : Physique des Solides (EDP Sciences) - H. Alloul : Physique des électrons dans les solides (Editions de l’Ecole Polytechnique) - S.H. Simon : The Oxford Solid State Basics.

Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

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Ce module se déroulera au second semestre (Cours : 14h, TD : 11h).

Matière condensée mais matière mal organisée. La structure et les propriétés de ces
systèmes complexes sont sensibles à de nombreux paramètres extérieurs : température,
présence d’eau, sollicitation mécanique faible…. Leur compréhension fait appel à des
notions de physique fondamentale (physique statistique, mécanique…) alors que leurs
applications industrielles sont nombreuses et variées. .
L’objectif de ce module est de présenter aux étudiants physiciens quelques concepts
de physique de base essentiels pour analyser ou prédire le comportement de ces systèmes
de matière molle.
L’agitation thermique est essentielle dans la compréhension de nombreux
phénomènes et nous aborderons son effet notamment dans le mouvement Brownien et les
phénomènes de diffusion. Les interactions entre les différents objets sont diverses et
compétitives comme les interactions de van der Waals et les interactions électrostatiques en
milieu aqueux ; liaisons hydrogènes, interactions hydrophobes ou interactions de déplétion
complexifient ce panorama. Ces sont ces forces qui vont conduire à des organisations
spatiales très variées et contrôlables Matière condensée entre solide et liquide, la matièr.

Janvier - Février - Mars.

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7 séances de cours de 1h45, 7 TDs de 1h45 en groupes. Un examen écrit.

Dans ce cours de mécanique des fluides, on met en place les lois fondamentales et puis on apprend a trouver des solutions dans certaines limites particulières. Ch. 1: De la loi de Newton à la mécanique des milieux continus (on dérive les lois fondamentales contrôlant le mouvement d’un milieu continu). Ch. 2: Fluid parfait incompressible (definition, equation d’Euler, loi de Bernoulli, écoulement potentiel, forces sur un obstacle). Ch. 3: Fluide newtonien incompressible. (définition, eq. de Navier-Stokes, écoulement laminaires, régime de Stokes, transition laminaire turbulent). Ch. 4: Surfaces libres & capillarité. (surface matérielle, condition cinématique, loi de Young-Laplace, ménisque, ondes de surface, mouillage). Ch. 5. Approximation de lubrification (hypothèse & simplifications, feuille glissante, étalement visqueuse d’une goutte). Ch. 6: Introduction à la stabilité hydrodynamique (Stabilité linéaire d’un écoulement, Rayleigh-Taylor, Kelvin-Helmholtz).

Maîtrise du calcul vectoriel (théorèmes d’intégration, opérateurs différentiels, systèmes de coordonnées orthogonales, calcul indiciel). Mécanique du point.

Mécanique des fluides, S. Candel, Dunod, 1990 Advanced transport phenomena, J.C. Slattery, Cambridge Univ. Press, 1999 Hydrodynamique Physique, E. Guyon, J.-P. Hulin & L. Petit, EDP éditions, CNRS, 2001.

Janvier - Février - Mars.

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La matière constituant notre environnement proche se présente essentiellement sous forme solide, liquide ou
gazeuse. Au-delà de ces trois états, à haute température, les gaz ionisés se distinguent par l’apparition d’une grande diversité de phénomènes physiques nouveaux
Les plasmas constituent l’essentiel de l’environnement terrestre au-delà de la haute atmosphère. Ainsi, la physique des plasmas est l’outil essentiel pour étudier ces environnements.
Au-delà de son intérêt en tant qu’outil de référence pertinent pour l’étude des problèmes d’astrophysique, la physique des plasmas se situe en amont d’un vaste champ d’applications technologiques (conception et compréhension des différents systèmes mis en
oeuvre dans le cadre des programmes de recherche sur la fusion thermonucléaire.

Ce cours, à vocation généraliste, est construit autour de l’ensemble de ces connaissances et résultats communs ou
connexes. Les concepts et méthodes de la physique des plasmas sont présentés ici en cherchant à concilier deux
objectifs différents : (i) d’une part, sensibiliser les étudiants à l’importance des plasmas ; (ii) d’autre part, donner une solide formation de
base à ceux qui, dans la recherche, l’enseignement, ou l’industrie, seront amenés à pratiquer cette discipline.

PHYSIQUE DES PLASMAS J-M Rax, Editions DUNOD, Collection Sciences SUP, 426 pages, 173 figures. ISBN 2100072501. PHYSIQUE DES TOKAMAKS J-M Rax, Editions de l’Ecole Polytechnique, Collection Physique, 423 pages, 213 figures. ISBN 978-2-7302-1580-0.

Janvier - Février - Mars.

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: 7 séances de cours de 1h45 et 7 séances de TD de 1h45.

L’objectif de ce module est de fournir une introduction aux méthodes de la physique non-linéaire au travers d’exemples issus de divers domaines de la physique. Nous verrons comment les notions de chaos et de fractale apparaissent naturellement. Au terme des sept séances, nous appliquerons ces méthodes à des systèmes ondulatoires ou quantiques.
Plan de cours indicatif :
Séance 1 - Introduction.
Séance 2 – Systèmes discrets. Introduction au point fixe, cycle limite, cascade de bifurcations, route vers le chaos.
Séance 3 – Systèmes hamiltoniens et systèmes avec dissipation.
Séances 4 et 5 – Chaos et fractales. Différentes définitions du chaos. Méthodes de quantification : exposants de Lyapounov, dimensions fractales.
Séances 6 et 7 – Introduction au chaos quantique. Matrices aléatoires. Spectre et formule de trace.

Physique analytique et physique quantique de L3. Il n’est pas nécessaire d’avoir suivi le module optionnel de physique non-linéaire en L3.

Nonlinear dynamics and chaos » de Steven H. Strogatz.

Janvier - Février - Mars.

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