Astrophysique

L’Atelier Astrophysique observationnelle 1 constitue une initiation à la réalisation d’une étude observationnelle (photométrie ou spectroscopie) d’objets astrophysiques (étoiles, nébuleuses) au niveau M1. Les étudiants en réalisent toutes les étapes depuis la planification et la réalisation des observations à l’observatoire astronomique de la Faculté des Sciences, jusqu’à la calibration et l’analyse des données obtenues. Ce module est conçu comme une préparation au module de M2 Atelier Astrophysique observationnelle 2 (HAP905P).

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Dans ce cours, nous étudions la théorie de la relativité générale, c’est dire la description moderne de la gravitation universelle. Après quelques rappels de relativité restreinte, nous nous familiariserons avec les concepts de bases de la relativité générale à partir de quelques solutions particulières admises de ces équations dans des contextes physiques bien identifiés : champ faible à la surface terrestre, géométrie autour d’une étoile sphérique isolée, univers aux grandes échelles. Cela nous permettra de généraliser notre compréhension et de construire la théorie, puis de déduire les équations du champ, c’est-à-dire les équations d’Einstein. Le cours s’achèvera sur une discussion des trous noirs et des ondes gravitationnelles.

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Cette UE vise à apporter des notions de base en astronomie et en astrophysique, qui seront utiles dans les autres UE d'astrophysique du master. Elle est aussi une illustration de l’application des concepts de la physique pour la description des objets astrophysiques. La plupart des concepts abordés seront approfondis par la suite dans les UE de 2^e année.

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Les fluides sont tout autour de nous en permanence à toutes les échelles. Comprendre la mécanique des fluides, c’est comprendre la mécanique de ce qui nous entoure : air et eau en particulier. A ce titre l’hydrodynamique fait partie du bagage de base du physicien.

L’UE Hydrodynamique constitue une introduction à la mécanique des fluides incompressibles parfaits (Euler) et visqueux Newtoniens (Navier-Stokes). Les écoulements classiques sont présentés, ainsi que la notion de couche limite, d’instabilité et de turbulence. L’accent est mis plus sur les idées physiques plus que sur les méthodes de résolutions mathématiques ou numériques avancées.

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Cours TD d’anglais, à l’intention des étudiants de la filière Master 1 Physique et qui visent l’autonomie professionnelle en langue anglaise scientifique.

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Cet enseignement fait partie du fondement de la physique moderne. Il fournit un socle de connaissances strictement nécessaire pour tous les parcours en physique puisque il pose les bases de la description théorique de l’interaction entre le champ électromagnétique et les éléments quantiques élémentaires tels que les systèmes à deux niveaux, les atomes et les molécules. Il fournit par ailleurs l'enseignement nécessaire à la compréhension du LASER, des dispositifs optiques modernes, ainsi que des méthodes et des analyses de spectroscopies.

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Ce module a pour but de permettre aux étudiants de confronter la réalité expérimentale à leurs connaissances théoriques. Une attention particulière est portée sur la rédaction des résultats et leurs présentations sous forme de communication orale. Le travail s’organise en séance de huit heures pour laquelle un thème est choisi par les étudiants. Ils consignent leurs résultats et leurs analyses dans un cahier d’expériences sur le modèle des protocoles appliqués dans les laboratoires. A l’issue du semestre, l’étudiant choisit une thématique, qu’il développe sous forme d’un rapport final qu’il soutient oralement. Cet enseignement est une préparation des stages effectués par les étudiants au cours de leur cursus.

Exemples d’expériences mises à disposition : spectroscopies optique (IR, Visible), gamma, RX, acoustique ; photoluminescence à basse température ; spectroscopie en champ proche (AFM, STM) ; microscopie électronique...

Le panel des expériences proposées couvre les domaines de la physique enseignés dans les différents parcours de Physique. L’étudiant doit choisir parmi ses différentes expériences celles qui lui semblent le plus proche de ses centres d’intérêts. Un effort important est fait pour intégrer les nouvelles technologies d’acquisition des données et l’utilisation des outils informatiques afin de comparer expérience et théorie.

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Cette UE comporte une mise à niveau et un approfondissement des techniques de programmation ainsi qu’une introduction à la physique numérique. On commencera avec une révision de la programmation procédurale avec le langage Python 3. Ensuite on regardera en profondeur des méthodes numériques pertinentes pour la physique, en étudiant une sélection d’algorithmes classiques de l’analyse numérique et en les appliquant aux problèmes physiques.

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Ce cours se veut une introduction à la physique des astroparticules (accélérateurs cosmiques, rayons gamma, multi-messagers, techniques expérimentales, ...).

Le cours s’appuie sur les connaissances acquises en L3 pour offrir aux étudiants une brève introduction à la physique des astroparticules. Après une description du contexte général, deux exemples de détecteurs en astronomie gamma seront détaillés suivi d’une introduction à la physique de l’astrophysique multi messagers (en particulier via la détection des ondes gravitationnelles). Le cours abordera ensuite la physique du rayonnement cosmique (RC), la problématique de l’accélération et de la propagation des RCs et l’hypothèse des restes de Supernovae comme accélérateurs galactiques des RCs (description du mécanisme d’accélération de Fermi du premier ordre).

Le cours se conclura par une description des enjeux cosmologiques des futurs relevés à grands champs au sol et spatiaux (LSST et Euclid en particulier).

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Ce cours a pour vocation d’introduire et développer plusieurs concepts et outils fondamentaux de la physique quantique non-relativiste nécessaires à la compréhension des processus physiques décrivant les interactions entre les constituants élémentaires de la matière et le rayonnement. On abordera également la seconde quantification et la formulation de la mécanique quantique par intégrale de chemin qui représentent le cadre idéal pour le développement de la théorie quantique des champs et ses applications variées (ex : physique des hautes énergies, physique de la matière condensée).

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Introduction à la physique statistique avancée : ensemble grand canonique ; statistiques quantiques ; fluides quantiques (condensation de Bose-Einstein, rayonnement thermique ; théorie de Sommerfeld) ; transitions de phase ; modèle d’Ising ; théorie de champ moyen ; dynamique des systèmes complexes.

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Ce cours est une introduction au Modèle Standard de la Physique des Particules. Nous ferons dans un premier temps un inventaire des particules élémentaires et de leurs interactions. Puis nous verrons comment utiliser la théorie des groupes de Lie pour classifier ces particules élémentaires. Enfin nous aborderons la notion d’interactions électromagnétiques pour des particules chargées mais sans spin (théorie de l’électrodynamique scalaire).

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La mécanique des fluides est un outil fondamental pour les sciences de l’Univers : depuis la Terre et les planètes géantes jusqu’aux étoiles, aux disques d'accrétion et au milieu interstellaire c’est une approche incontournable pour étudier les objets astrophysiques. L’UE « Dynamique des fluides en astrophysique et cosmologie » constitue un approfondissement de l’UE « Hydrodynamique » organisée autour de 3 thèmes centraux en astrophysique : fluides en rotation, convection thermique, et magnétohydrodynamique.

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Ce stage de 7 semaines (usuellement de ~ fin Avril à fin juin) (10 ECTS) permettra un premier contact de l’étudiant avec le monde de la recherche en astrophysique, cosmologie ou encore en physique des particules. Des stages à l’intersection de ces disciplines, plus communément appelée « astroparticules » sont aussi proposés. Les stages peuvent avoir une orientation plus théorique ou plus expérimentale selon les choix des étudiants et des encadrants.

Ce stage peut être effectué dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger. Cependant, traditionnellement il se déroule dans l’une des deux UMR de l’Université Montpellier 2, le Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM, IN2P3) ou le Laboratoire Charles Coulomb (L2C, INP).

Le stage permettra à l’étudiant d’interagir avec une équipe de recherche (nationale et/ou internationale) et de commencer à découvrir les sujets de recherche qu’il préférera développer dans la suite de ses études.

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Ce cours abordera les grandes lignes de la formation des étoiles et des systèmes planétaires en deux parties de durées égales. La formation stellaire traitera de la stabilité des nuages en équilibre et stabilité, de l’effondrement des cœurs denses, des proto-étoiles et leur évolution, et de l’impact des jeunes étoiles sur leur environnement. La formation planétaire s’appuiera sur les contraintes du système solaire et les détections de planètes extrasolaires pour traiter la structure et l’évolution des disques protoplanétaires, et la formation des planètes telluriques et des planètes géantes.

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Cours TD d’anglais, à l’intention des étudiants de la filière Master 2 Physique et qui visent l’insertion professionnelle en langue anglaise dans un contexte contemporain.

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Cette UE couvre l’essentiel des bases nécessaires à une bonne compréhension de la physique des atmosphères et des vents stellaires. Les éléments essentiels de la théorie du transfert de rayonnement sont couverts, à l’ETL (équilibre thermodynamique local) et hors-ETL, ainsi que la description du gaz (équation d’état) et son interaction avec le champ de rayonnement (opacités). Les modèles et simulations modernes sont présentées avec leur application à la détermination des paramètres stellaires, en particulier la composition chimique, via la spectroscopie. Les différents types de vents stellaires (pression, radiatif, hybride) sont décrits via les théories mises en regard des observations.

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Au cours de l’UE Atelier Astrophysique observationnelle 2 les étudiants doivent mener à bien toutes les étapes d’une étude astrophysique observationnelle. Depuis la définition des observations spectroscopiques ou photométriques à mener au cours d’un séjour de 4 nuits à l’Observatoire de Haute-Provence, jusqu’à la modélisation et la discussion critique de leurs mesures et la rédaction d’un rapport scientifique, les étudiants sont acteurs de cet enseignement.

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L'objectif est de présenter les différentes observations et concepts théoriques associés – appelés sondes cosmologiques –  ayant permis d'accréditer le modèle cosmologique ΛCDM dit « de concordance ». L'UE est découpée en chapitres de taille sensiblement égale. Elle est complétée par une série de séminaires présentés par les étudiants (classe inversée) et approfondissant des aspects plus observationnels et techniques (à partir d'une publication d'une grande collaboration).

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Milieu interstellaire : processus physico-chimiques – phases – radioastronomie.

Cette UE permet d’acquérir des notions sur les processus physico-chimiques importants pour le milieu interstellaire (processus dynamiques, thermiques et chimiques) ainsi que sur les diagnostics observationnels associés (spectroscopie moléculaire, radioastronomie). Les principales phases du milieu interstellaire (phases ionisée, atomique et moléculaire) sont également présentées.

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Cette UE pose les bases de notre connaissance de la formation et de l’évolution des galaxies, depuis les processus astrophysiques en jeu aux petites échelles concernant la formation stellaire jusqu’aux effets d’environnement aux très grandes échelles. Une double approche sera utilisée, avec d’une part les aspects théoriques et d’autre part les aspects observationnels.

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Une grande partie de notre compréhension de l’Univers repose sur la compréhension et la modélisation précise des étoiles. Les étoiles constituent une partie très importante de la lumière intégrée des galaxies, ce sont des contributeurs majeurs à l’évolution chimique et dynamique des galaxies. Dans ce cours, nous aborderons la physique décrivant la structure stellaire et nous étudierons comment cette structure évolue au cours du temps dans le cas des étoiles isolées.

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Stage de 4 mois en laboratoire ayant pour but l’immersion dans le monde de la recherche et la préparation à la thèse.

Ce stage peut être effectué dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger.

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Cette UE présente les instruments de l’astrophysique et les outils de traitement du signal associés à leur exploitation.

L’accent est mis sur les instruments de haute résolution angulaire et de haut contraste (interférométrie, optique adaptative, coronographie,...).

Par ailleurs, cette UE introduit les bases de traitement numérique du signal et présente une méthodologie générale, basée sur une modélisation des effets instrumentaux, pour la reconstruction d’image ou l’exploitation optimale des mesures.

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La recherche en astrophysique se base sur des approches diverses (observations, théorie, modélisation, simulation) qui ont toutes en commun d’utiliser des outils numériques avancés.

Afin de préparer au mieux les étudiants du M2 Astrophysique à une activité de recherche, ce module leur propose dans un cadre différent de celui du stage, de mener un travail numérique individuel tuteuré sur un projet proposé par un tuteur/une tutrice portant sur l’utilisation et/ou le développement d’un code de niveau professionnel pour répondre à une question astrophysique précise.

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