M1 - Physique Générale (PhysGen)

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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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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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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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L’UE « Physique de la Matière Condensée 2: propriétés électroniques » est destinée aux étudiants intéressés par la physique du solide.

Dans la continuité de l’UE « Physique de la Matière Condensée 1: propriétés structurales » cette UE aborde les propriétés des électrons dans les solides cristallins, la structure de bandes des niveaux électroniques ainsi que les concepts de base de la physique des semi-conducteurs.

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• Démarche pédagogique

Les étudiants s’entraînent en réalisant des épreuves expérimentales dans les conditions des concours pour réinvestir les connaissances et capacités expérimentales et développer une communication efficace.

• Principaux contenus de la formation

Les thèmes abordés sont directement extraits de la liste des montages de physique au programme des épreuves d’admission du CAPES de physique – chimie en vigueur (liste publiée chaque année au Bulletin Officiel de l’Education Nationale).

• Place du numérique

Acquisition (avec interface à un ordinateur) de données physiques issues d’une expérience (cartes Orphy_Lab et Orphi_GTI, caméra Caliens).

- Analyse d’une problématique de la physique (mécanique, électricité, thermodynamique, ondes, électromagnétisme, Optique ondulatoire) au moyen d’un logiciel de traitement des données (Regressi).

- Pratique élémentaire du codage et l’algorithmique au moyen du langage Python (possibilité d’utiliser des éditeurs hors ligne ex EduPython ou en ligne ex Jupyter). Affichage et exploitation de données expérimentales.

Application à la résolution d’équations différentielles simples de la physique.

• Lien avec d’autres UE

Ce module et son commencement au semestre 3 réinvestissent les contenus abordés en première année dans les UE « Enseigner la physique ».

Les étudiants utilisent également des situations d’enseignement rencontrées en stage ainsi que les contenus abordés dans le cadre des UE « Accompagnement didactique et pédagogique du stage » (S1, S2, S3 et S4)  et « Didactique, Epistémologie et Histoire des Sciences » (S2).

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