Physique de la Matière Complexe et Désordonnée (SoftMat)

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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A travers deux exemples particuliers (la diffraction de rayons X et les vibrations), ce module montre en détail comment on modélise les propriétés physiques d’un solide. Le formalisme sera aussi appliqué aux systèmes finis, comme des nanoparticules, et restera valable pour les matérieux amorphes, mais une attention particulière sera accordée aux systèmes périodiques (de la chaîne linéaire aux cristaux de protéines en passant par le graphène et le silicium). Associée à cette périodicité apparaitra naturellement la notion de réseau réciproque.

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Le cours envisage de donner une introduction générale de la biologie cellulaire et moléculaire et de mettre en contexte l’utilisation de la physique moderne, par ses méthodes et approches quantitatifs, pour décrire les systèmes biologiques et leur complexité de l’échelle moléculaire à celles cellulaire et tissulaire.

Un point fondamental abordé est aussi la quantification des phénomènes, leur interprétation physique et leur modélisation physico-mathématique. Le cours ouvre à la philosophie et à l’ensemble de thématiques de ce parcours de master centré sur l’étude des principes physiques de l’organisation et la dynamique de la matière vivante et complexe.

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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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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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Réalisation d’un projet de recherche au sein d’un laboratoire académique ou industriel.

Dates : mai-juin

Durée : 7 semaines minimum, extensible en juillet

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Les propriétés mécaniques et thermiques des matériaux sont au cœur de nombreuses applications dans le domaine des matériaux pour l’énergie. Après une introduction sur ces différents champs d’application, cette UE a pour objectif de définir les différents concepts nécessaires à la maitrise à la fois des propriétés mécaniques et thermiques des matériaux en se limitant aux matériaux « bulk ».

Volumes horaires* :

            CM : 11H

            TD : 9H

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Cette UE présente les concepts, fondements et ordres de grandeurs de la physique et physico-chimie des interfaces qui régissent l’échelle mésoscopique de la matière, et au final déterminent le comportement et les propriétés des objets de la vie courante : sol, lait, fromage, peintures, encres, cosmétiques, adhésifs, lubrifiants.., de nombreux procédés technologiques et des cellules et membranes biologiques.

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Savoir acquérir et traiter des données constitue des compétences indispensables dans un contexte professionnel de type scientifique et/ou technique. L’objectif de cet enseignement est d’adresser au mieux trois types de savoir-faire standards dans le milieu professionnel :

· L’utilisation avancée de tableurs/grapheurs (MS EXCEL, LO-CALC) pour un usage scientifique et technique

· Les interconnexions de réseaux : infrastructures, suite de protocoles TCP-IP, sécurité

· L’initiation aux bases de données relationnelles (MS ACCESS, LO-BASE) – concepts & vocabulaire, création de requêtes, états graphiques, formulaires.

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L’une des grande problématique lié à l’utilisation des différents matériaux dans notre vie quotidienne est leur durabilité et donc leur dégradation. Nous aborderons dans ce cours les enjeux lié à la durabilité des matériaux (ressources, réserves, criticité des matériaux, …) ainsi que les méthodologies d’étude de la durabilité (types de vieillissements surface/volume, extrapolation temporelle, multi-échelle, combinaison d’effets, représentation expérimentale et validation industrielle). Ceci permettra ensuite de modélisé la cinétique du vieillissement à partir de différents modèles.

Les différents types de dégradation touchant les polymères seront ensuite analysés.

Enfin le vieillissement de différents types de matériaux sera illustré par différentes études de cas concrets (bétons, céramique, métaux et élastomère).

Volumes horaires* :    11h CM :

                                    9h TD

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La physique des polymères, dont ce cours constitue une introduction, s'intéresse aux propriétés physiques d’assemblages covalents en chaînes, de quelques dizaines à quelques millions de molécules élémentaires : les polymères ou macromolécules.

Ces molécules synthétiques ou naturelles peuvent être observées à l'état  solide, liquide, en  solution, à l'état colloïdal ou confinées à une interface.

Leurs propriétés physiques très particulières ont conduit au développement d'outils théoriques spécifiques et à l'apparition de cette nouvelle branche de la physique aux applications nombreuses.

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Etude bibliographique portant sur une thématique de recherche associée au parcours et pouvant être en relation avec le sujet de stage de M2.

80 h de travail personnel étalées sur le premier semestre de M2. Plusieurs rendez-vous d’avancement du projet seront programmés avec les encadrants experts et les coordinateurs scientifiques du parcours.

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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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Ce module est l’occasion pour les étudiants de découvrir les spécificités de monde du travail et de se préparer à l’intégrer dans les meilleures conditions possibles, notamment au travers de partages d’expérience avec des intervenants du milieu professionnel. Les étudiants s’exercent à mener à bien une candidature, avec méthode, en optimisant l’analyse de l’offre, la rédaction ciblée du CV et de la lettre de motivation, la préparation de l’entretien d’embauche (jeux de rôles, simulations).

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Ce cours donne une introduction générale sur 1) la physique et à la mécanique des milieux divisés et 2) leur modélisation aux travers des méthodes discrètes (DEM). Le caractère multi-échelle d’un matériau divisé est discuté depuis l’échelle microscopique (interactions de contacts), jusqu'à l’échelle macroscopique (échelle de la structure). Une description phénoménologique du comportement macroscopique ainsi que les propriétés microscopiques sont discutées pour les états statique, quasi-statique et d’écoulement des milieux granulaires. Des modèles micro-mécaniques et des approches de type changement d’échelles basées sur des analyses adimensionnelles, des grandeurs moyennées, sur les transmissions des efforts et l’existence d’anisotropies sont introduits. L’influence des propriétés des particules et des interactions de contacts sur la microstructure, est aussi discutée. Les approches numériques de types discrètes (« Discrete Element Methods (DEM) »), régulières (la Dynamique Moléculaire) et non-régulières (la Dynamique des Contacts) sont présentées. Plus particulièrement, la méthode de Dynamique des Contacts sera mise en œuvre sur des exemples simples au travers du code de calcul LMGC90.

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Ce module vise à enseigner les principes de fonctionnement des principales techniques de caractérisation de la structure (en volume et en surface) et des propriétés (optiques, électroniques, …) de la matière condensée :

• techniques de diffraction des rayons X et des électrons
• techniques de spectroscopie optique (absorption, réflexion, luminescence)
• microscopies à sonde locale

  Ce module vise à enseigner les principes de fonctionnement des principales techniques de caractérisation de la structure (en volume et en surface) et des propriétés (optiques, électroniques, …) de la matière condensée :

  • techniques de diffraction des rayons X et des électrons
  • techniques de spectroscopie optique (absorption, réflexion, luminescence)
  • microscopies à sonde locale

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Cette UE présente une introduction au domaine des fluides complexes, et à la matière active, avec des applications à la fois dans le domaine de la physico-chimie de la matière molle et dans le domaine de la physique du vivant et des objets biologiques.

Elle est commune aux 2 parcours PhyMV et SoftMat.

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Réalisation d’un projet de recherche de longue durée (6 mois) au sein d’un laboratoire de recherche académique ou industriel.

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