Profil Physique-Chimie

La physique statistique est l’une des branches fondamentales de la physique moderne qui, par son approche probabiliste établit des relations entre le microscopique et le macroscopique. Elle traite de l’évolution des systèmes à très grand nombre de particules (atomes, molécules, photons, etc.) et relie les quantités macroscopiques telles que la pression, la température, etc. caractérisant leur état à l’équilibre thermodynamique à des grandeurs définissant l’état microscopique de leurs constituants. Cette UE d’introduction à la physique statistique traitera les ensembles microcanonique et canonique, fera le lien entre la fonction de partition et les quantités thermodynamiques telles que l’énergie moyenne, la pression, la température et l’entropie. Ces résultats seront illustrés sur les gaz parfaits et sur quelques systèmes quantiques simples.     

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Ce cours est une introduction simplifiée à la physique quantique.
On commencera par brosser un tableau historique des débuts de la mécanique quantique : spectre de raies d’émission atomique, rayonnement du corps noir (on verra la logique de cette appellation), effet photo-électrique, ...
Une présentation simplifiée des transformées de Fourier permettra de comprendre le lien entre largeur de raie spectrale et évolution temporelle dand un premier temps,
et plus loin de comprendre les inégalités de Heisenberg.
Une importante partie du cours sera consacrée aux ondes de matière, à travers l'équation de Schrödinger, dans des cas particuliers très simples.
Enfin, nous terminerons par quelques aspects du magnétisme (forcément quantique).

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Une première partie du module consistera à présenter les métaux et alliages au travers de la cristallographie (du solide cristallin ‘’idéal’’ aux défauts et solutions solides), puis une deuxième partie sera consacrée à leur caractérisation par diffraction des rayons X et la dernière partie abordera leur synthèse par l’intermédiaire de leur diagramme binaire solide/liquide (description et construction) et les différentes transformations à l’état solide.

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Thermodynamique : aspects micro et macroscopiques

La thermodynamique est l’outil de choix pour étudier la matière à l’échelle macroscopique. En particulier, dans le cas des réactions chimiques, elle permet de prédire le sens de leur évolution et leur état d’équilibre. Dans les premières années de licence on s’attache à décrire les principes de la thermodynamique et leur application directe à la chimie dans le cas des réactions simples d’équilibre monophasiques ou entre phases homogènes. Cette unité d’enseignement approfondira ces connaissances dans deux directions.

Tout d’abord, il s’agira de généraliser ce cadre de description thermodynamique macroscopique pour les systèmes plus complexes, comme les systèmes interfaciaux où la tension superficielle joue un rôle où comme les phases non uniformes où la composition n’est pas la même partout en raison d’un champ extérieur. On étudiera également  les ruptures et les déplacements d’équilibre.

Ensuite on s’intéressera au lien avec le monde microscopique où la matière est décrite à l’échelle atomique. On montrera que l’évolution prédite par la thermodynamique est de nature statistique, l’état d’équilibre correspondant ainsi à l’état macroscopique le plus probable compte tenu des contraintes appliquées au système. Cela permettra ainsi de déduire de la description microscopique d’un système physico-chimique ses propriétés thermodynamiques macroscopiques.

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En début de cet UE nous reprendrons d’une part les notions de rayon lumineux et les conditions d’approximation de l’optique géométrique et d’autre part les notions importantes pour l’optique physique de la physique ondulatoire.

Puis à partir de l’approximation scalaire des ondes lumineuses, cas particulier des ondes électromagnétiques, nous décrirons les sources lumineuses, les phénomènes d’interférences à 2 ondes, N ondes puis la diffraction dans l’approximation de Fraunhofer.

Nous poursuivrons par l’étude de différents systèmes physiques très utilisés en nous intéressant à leur pouvoir de résolution et leurs applications : microscope, lunette d’astronomie, interféromètre de Michelson, spectromètre à réseau, interféromètre de Fabry-Pérot.

Enfin nous terminerons par les notions de cohérence spatiale et de cohérence temporelle des surces lumineuses et leur utilisation (interférométrie stellaire, speckle...)

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