M1 programme
- The M1 year is divided into two semesters (S1 and S2), from September to the end of December and from mid-January to the end of July. The 12-week research internship is carried out at the end of the second semester, from May to July.
- Two programmes are offered: the "Chemistry Major" and the "Physics Major". For each Major, the programme comprises "core list" courses and optional courses. In addition, each student must attend the Wednesday seminars.
First semester
Title (en)
English 1
Veronique Rancurel
L’année se structure autour de deux axes pour des cours de niveaux B1/B2/B2+/C1/C1+:
• Cours à thèmes ou compétences scientifiques : science, civilisation/histoire, littérature, anglais pour la recherche, communication orale.
• Préparation à la certification Cambridge English (CAE) en 3 étapes graduées : step 1 (B1), step 2 (B2), step 3 (C1) L’évaluation prend en compte le contrôle continu et l’assiduité aux cours.
Les primo-arrivants doivent passer un test de niveau.
Plus d'informations sont disponibles sur le site du centre de langue.
Pour chaque cours, le niveau de langue requis (B1, B2, C1, selon l’échelle du cadre européen des langues) est précisé.
L’évaluation est répartie équitablement entre Contrôle Continu (assiduité prise en compte) (50%) et examen final (50%). Les épreuves comprennent une présentation orale à partir d’un article de spécialité et un examen "Aural Comprehension".
Les étudiants étrangers peuvent substituer le module d’Anglais par un module de Français Langue Etrangère.
Title (en)
Seminars and professionalization
Benjamin Huard (Physique) et Cyrille Monnereau (Chimie)
Dans le cadre de l'UE Séminaires et Professionnalisation, les étudiant.e.s assistent chaque semaine à un séminaire donné par un.e chercheur.se invité.e à présenter son domaine et sa recherche. A ces séminaires spécifiques à la formation s’ajoutent les grandes conférences et « cours du Collège de France hors les murs » organisés par la FRAMA (Fédération de Physique de Lyon) avec des personnalités très prestigieuses, ainsi que le cyle de Conférences « Physique et Chimie au Printemps » (organisé par la FRAMA, les antennes locales de la Société Française de Physique et Société Française de Chimie) toutes sur le site Lyon Tech-Doua. Le créneau de Séminaires est aussi utilisé pour des réunions d’informations sur la formation et ses débouchés.
l'UE "Séminaires" est évaluée par un rapport écrit de 2 pages sur un des séminaires de l'année, et par l'assiduité (émargement à au moins 6 séminaires sur l'année)
Title (en)
Experimental Chemistry 1
Cyrille Monnereau
M. Tiano
B. Albela
C. Monnereau
Poursuite de l’apprentissage de la chimie expérimentale s’appuyant sur les acquis de L3 :
- Chimie organique : synthèse organique, caractérisation par RMN, CPV et étude de la regio-selectivité d'une réaction de synthèse organique; synthèse et étude de colorants pour l'imagerie biomédicale par spectroscopie d'absorption/émission
- Chimie de coordination : synthèse de complexes métalliques et caractérisation par le biais de techniques spectroscopiques (IR, UV-visible) et magnétiques.
- Projet personnel sur deux séances de 8h : à construire autour du thème suivant "Complexes de ligands macrocycliques; synthèse et étude des relations structure/propriétés"
Ce module de TP se base sur l'utilisation d'un parc conséquent de dispositifs d'analyse, incluant principalement: montages d'électrochimie (méthodes stationnaires et non stationnaires, polarographie, potentiométrie), spectroscopie RMN, IR, Raman, UV-visible et spectroscopie d'émission, chromatographies phase vapeur couplée à spectrométrie de masse.
Chimie Expérimentale L3 ou niveau équivalent
Contrôle continu sous forme de comptes-rendus de TP; examen sous forme d'un rapport et d'un oral individuel à la fin des séances de TP
Title (en)
Experimental Physics 1
Benjamin Huard
Les projets sont encadrés par des enseignants-chercheurs de l’ENSL et de l’UCBL.
Les Projets Expérimentaux de M1 en Physique sont organisés sur toute l’année.
Au premier semestre, une phase de préparation a lieu sous forme d'étude bibliographique. Il s’agit d’analyser un problème physique à partir d’articles de recherches expérimentales, d'évaluer les paramètres pertinents à mesurer et leurs ordres de grandeur, puis de construire un dispositif avec l’aide de l’équipe enseignante constituée de chercheurs et d’enseignants-chercheurs et avec le soutien de l’équipe technique du département de physique de l’ENS de Lyon.
- comprendre et analyser une question à partir d’article
- proposer un montage expérimental pour répondre à la question
- mesurer un phénomène et analyser ses données de façon critique
- confronter ses résultats à une théorie ou proposer un modèle
Les projets Expérimentaux de M1 au S2 sont évalués par un rapport écrit et une soutenance orale.
Title (en)
Condensed Matter
Peter Holdsworth (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)
P. Holdsworth
A. Berthelot
A. Crut
A. Archambault
B. Bermond
When many body systems are allowed to relax their energy, they are observed to form hadrons on the GeV scale, plasmas of electrons and nuclei on the MeV scale, neutral atoms and molecules on the eV scale and finally dense, condensed matter phases on the Kelvin scale – this end game, which is a subtle trade off between electrostatic interactions and quantum phenomena, is the subject of this course.
Condensed phases of matter show a stunning variation of physical phenomena and geometrical structures. For example, without talking of superconductors or engineered metamaterials, the room temperature resistivity of materials varies over 25 orders of magnitude between good metals and good insulators – how can that be? It’s a direct consequence of the difference between discrete and continuous translational symmetry, I hear you say !?! This will be discussed in detail in the course.
Despite their complexity, a good quantitative picture of low temperature behaviour can emerge in terms of “quasi-particle” excitations – composite objects that look like fundamental particles in a vacuum. Examples are phonons, Landau or Dirac electronic quasi-particles or even exotic objects like Higgs Bosons or magnetic monopoles. Sadly, the latter will probably be outside the range of this course but they give notice to the fact that modern research often uses condensed matter hosts as testing grounds for the most fundamental physics and mathematics.
A vital element in condensed matter research, either fundamental or applied, is the synthesis of new materials and solid state chemistry is probably the most important element in this vibrant research domain. The search for new, quantum materials is on and the stakes are high! Quantum computers, new devices, ever more resistant materials, testing grounds for fundamental ideas – the motivation is diverse and the opportunities are there.
The lecture course will be given in English with interventions in French and problem classed will be in either language on request.
1. Macroscopic measurment, specific heat, bulk modulus, conductivity. -Low energy states of matter. -Free electrons - degeneracy, thermodynamics and transport. -Lattice vibrations, phonons, Debye theory, structures with a basis, band gaps. -Crystalography of a cubic lattice, Brilloin zone and Bloch waves.
2. Electrons in solids. -Energy and electron confinement. -Bloch’s theorem, electron bands and effective mass. -Almost free electrons and modified Fermi surfaces. -Metals and insulators. -Classification of solids, ionic, covalent, Van der Waals, Hydrogen bonding.
3. Crystal structure. -Experimental evidence for periodic structures. -Bravais lattices, classification and unit cells. -Reciprocal lattices. -Neutron and X-ray scattering.
4. Interactions and nonlinearity -Electronic conductivity – a second look. -Thermal conductivity and the Wiedemann-Franz law. -Hole conductivity in semi-conductors. -Electron-electron interaction and why one can often ignore it.
5. Some modern themes* -Quantum fluids -Emergent phenomena -Topology
*Time permitting
The Oxford Solid State Basics
Steven H. Simon
Solid State Physics ~N.W. Ashcroft, N.D. Mermin
Thomson Learning
Hardcover - May 1976
La physique des solides
de Neil-W Ashcroft, N-David Mermin
Introduction to Solid State Physics ~Charles Kittel
John Wiley and Sons (WIE) Hardcover - October 1995
Principles of the Theory of Solids ~J. M. Ziman
Cambridge University Press
Paperback - November 29, 1979
Principles of Condensed Matter Physics ~Paul Chaikin
Cambridge University Press;
Revised ed. edition (28 Sept. 2000)
Un premier cours de mécanique statistique et de mécanique quantique, niveau L3
There will be a 3 hour written exam at the end of the course with text in English and in French and replies in either language. The exam will be open book, that is all hand-written notes, hand-outs and problems can be take into the exam, but no books or internet connections are allowed!
Title (en)
Catalysis
Maîtriser les principes généraux de la catalyse homogène ou hétérogène, en utilisant des notions de chimie de coordination et de chimie organique.
Connaître les grandes réactions catalysées par des métaux de transition, la préparation de catalyseurs, les cycles catalytiques et leurs applications industrielles de la pétrochimie à la chimie pharmaceutique.
Bonnes connaissances en chimie physique et chimie générale, en réactivité. Chimie des solides L3.
1 Contrôle Continu (CC), puis Examen terminal (ET)
Title (en)
Inorganic Chemistry
Belen Albela
B. Albela
L. Bonneviot
Ce cours est exclusivement centré sur les métaux de transition comprenant : le modèle électrostatique et la théorie du champ cristallin, le modèle basé sur la construction des orbitales moléculaires, la spectroscopie des métaux de transition (Tanabe-Sugano …), le formalisme de Green (décompte des électrons, les différents ligands), les réactions fondamentales, la réactivité organométallique (applications à la catalyse, quelques procédés industriels), la chimie de coordination des ligands polydentates (introduction à la chimie supramoléculaire , la chimie bioinorganique). Synthèse de complexes et étude expérimentale de leur réactivité.
L3 dont l'UE chimie inorganique ou l'équivalent
(connaissances: OA de types "d", théorie des groupes, chimie des blocks S et P)
une épreuve écrite de 3h.
Title (en)
Quantitative analysis
Martin Vérot
M. Vérot
Margaux Roux
Être capable de mener un calcul d'incertitude en autonomie, Utiliser des outils numériques pour analyser ses mesures et en tirer des conséquences
Comprendre les enjeux d'une séparation chromatographique, Connaître l'appareillage classique, Connaître le vocabulaire classique en chromatographie. Savoir quels paramètres de base changer pour améliorer la séparation à des fins analytiques en chromatographie en phase gaz ou liquide.
Connaître l'appareillage pour faire de la spectrométrie de masse, Comprendre les enjeux de la spectrométrie de masse, Lire un spectre et comprendre quelques voies de fragmentation classique.
Le cours sera découpé en trois parties distinctes :
- une partie sur les incertitudes : détermination d'une incertitude-type, composition des incertitudes-type, méthode Monte-Carlo, Régressions, analyse rétrospective d'un protocole
- une partie sur la chromatographie en phase gaz et liquide : principe et appareillage, grandeurs caractéristiques et modèles usuels, paramètres d'optimisation d'une séparation
- une partie sur la spectrométrie de masse : principe et appareillage, lecture d'un spectre de masse, fragmentations et lecture de spectres.
- Quantitative chemical analysis Daniel C. Harris.
- Principes d'analyse instrumentale Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman
- Chimie analytique Skoog, West, Holler [et al.] ; traduction de la 8e édition américaine par Claudine Buess-Herman et Josette Dauchot.
- Analyse chimique : méthodes et techniques instrumentales Francis Rouessac, Annick Rouessac ; avec la collaboration de Daniel Cruché, Claire Duverger-Arfuso, Arnaud Martel
- Incertitudes et analyse des erreurs dans les mesures physiques John Taylor
Notions de base en chimie analytique
Examen terminal ET (examen écrit)
Title (en)
Spectroscopies
Cyrille Monnereau
Cet enseignement vise à utiliser les acquis de théorie des groupes afin de fournir aux étudiants une compréhension théorique des principes et une vision large des applications de différentes spectroscopies moléculaires (Rotationnelle, Vibrationnelle, Rovibrationnelle). Il est constitué de 6 cours et 6 TD de 2H + une séance de TP incluant une visite de la plateforme Raman. Les Modalités de cours sont en "classe inversée" avec support écrit et vidéo fourni à l'avance (sous forme d’exposés thématiques de 20 minutes), les heures de cours sont consacrées à détailler et réexpliquer les points restés flous suite à leur visionnage et à travailler les acquis par le biais de questionnaires à choix multiples proposés au fil de l’eau.
Les compétences à acquérir sont
- Identification des domaines énergétiques propres à chaque spectroscopie
- Identification des paramètres moléculaires, notamment symétrie, influant sur l'apparence (nombre de bandes, position et intensité de ces bandes) des spectres, et réciproquement, à partir des spectres
- calculs de paramètres moléculaires fondamentaux (longueurs de liaison, constante de raideur de liaison chimique, paramètres d'anharmonicité)
- Analyse structurale, élucidation de structures chimiques à partir de données spectrales, notamment infra-rouge et Raman
Examen écrit d'1h30 environ en première session; oral de rattrapage
Title (en)
StereoChemistry
Jens Hasserodt
J. Hasserodt
N. De Rycke
Le cours constitue la suite logique du cours L3 Chimie Organique I la réactivité”, et approfondit considérablement la compréhension de la réactivité chimique dans un espace tridimensionnel. Un bref traitement de la théorie des groupes sera suivi par une discussion des différentes manifestations de la chiralité et de la topicité. Le chapitre de la sélectivité représente le passage logique de la stéréochimie statique à celle qui est dynamique. A travers des chapitres 4, 5, et 6, l’étudiant est systématiquement préparé à la compréhension de la conception de méthodes modernes de synthèse de composés optiquement actif.
- Familiariser l'étudiant avec les conséquences structurales d'une chimie en trois dimensions
- Enseigner les systèmes de caractérisation stéréochimique des molécules, isoméries diverses, ...
- Etudier les stratégies phares de la synthèse stéréosélective de molécules organiques
- Renforcer les connaissances en chimie organique, nomenclature, tendances de réactivité, ...
Chapitres
1. lntroduction/histoire;
2. Symétrie moléculaire;
3. Chiralité;
4. Sélectivité;
5. Modèles/hypothèses;
6. Préparation de composés optiquement actifs;
7. Quelques méthodes modernes pour la génération de substances de haute pureté énantiomérique;
8. Sur l’efficacité biologique différente des molécules stéréoisomériques.
dont les UE de Chimie Organique et de Chimie Expérimentale 1 et 2.
Ecrit de 3 heures.
Title (en)
Numerical analysis
Tommaso Roscilde
Numerical techniques have become pervasive in any field of Physics, from theory to experiments. This course offers a survey of some of the most relevant numerical problems raised by modern Physics (eigenvalue problems, calculation of statistical sums, minimisation of many-variable functions, and solution of differential equations), and of some of the most common and efficient computer algorithms devised to solve these problems.
The lectures (held in English) will be accompanied by hands-on TD sessions, each aimed at the actual solution of a Physics problem using the techniques described in the lectures.
Large eigenvalue problems: power methods; Lanczos method
(with links to: classical mechanics, quantum mechanics, etc.)
Numerical integration: random walks and Markov chains; Monte Carlo method
(with links to: statistical physics, solid-state physics, high-energy physics etc. )
Numerical optimization: gradient descent and its variants; simulated annealing
(with links to: quantum mechanics, machine learning, etc. )
Differential equations: linear equations and algebraic methods; nonlinear equations: Runge-Kutta schemes; spectral methods; Verlet scheme
(with links to: classical mechanics, quantum mechanics, hydrodynamics etc.)
An introductory class in informatics (ex. Outils numériques (L3)); a minimal familiarity with computer coding (either Python, Matlab, Fortran, C, etc.); elementary analytical mechanics, quantum mechanics, statistical physics
The exam will consist of a take-home project, involving the demonstration of a physical effect via a computer simulation; or the development of an algorithm for the efficient numerical solution of a physical problem.
Title (en)
Electrodynamics and classical field theory
Dimitrios Tsimpis
D. Tsimpis
B. Bermond
G. Massacrier
La première partie du module est une introduction à la formulation covariante de l'électrodynamique. Cette formulation met en évidence le caractère intrinsèquement relativiste de la théorie de Maxwell, et mène naturellement aux transformations de Lorentz du champ électromagnétique. La deuxième partie du module propose une introduction aux descriptions Lagrangienne et Hamiltonienne de la théorie classique des champs. Cette dernière, ouvre la porte aux développements majeurs de la physique du 20ème siècle: les symétries et la théorie quantique des champs, qui est à la base de toutes nos théories fondamentales actuelles.
I. Maîtriser la formulation covariante de l'électrodynamique; les transformations de Lorentz du champ e/m.
II. Maîtriser les formalismes Lagrangien et Hamiltonien de la théorie classique des champs; le principe variationnel; le théorème de Noether et ses applications.
I. Electrodynamique : potentiels e/m, fonctions de Green, sources.
II. Relativité restreinte : transformations de Lorentz, géométrie de l'espace-temps, tenseurs.
III. Formulation covariante de l'électrodynamique, transformations de Lorentz du champ e/m.
IV. Théorie classique des champs : principe variationnel, formalismes Lagrangien et Hamiltonien, exemples.
V. Symétries: théorème de Noether, applications.
électromagnétisme de base, mécanique analytique, relativité restreinte.
Examen écrit
Title (en)
Green Functions and Applications
Stefan Hohenegger
Réponse linéaire [3 heures]
Fonctions de Green indépendantes du temps [4 heures]
Fonctions de Green dépendantes du temps [6 heures]
Méthode du col [3 heures]
Cours de mathématiques du L3 Sciences de la matière ou équivalent.
Ecrit.
Title (en)
Fluid mechanics
Louis Couston
L. Couston
F. Chilla
A. Gayout
J. Reneuve
La mécanique des fluides permet de décrire le mouvement macroscopique des fluides, en partant des équations de conservation de la masse et du mouvement, et des lois de la thermodynamique. La mécanique des fluides a historiquement motivé de nombreux travaux en mathématiques appliquées et en physique fondamentale des systèmes complexes. L'équation de Navier Stokes, bien que connue depuis plus de 100 ans, est à l'origine d'une dynamique infiniment riche et (toujours) difficile à décrire des fluides simples (eau, gaz) et complexes (cristaux liquides, fluides biologiques). La mécanique des fluides est au centre de nombreux défis industriels (mélange, énergie renouvelable, médecine, réduction du frottement) et environnementaux (circulation atmosphérique, fonte des glaces). Elle joue également un rôle important dans notre compréhension de l'univers (dynamique des étoiles, formation des planètes).
Le cours de mécanique des fluides du SDM a pour objectif de donner aux étudiants les outils théoriques nécessaires à l'étude d'une grande variété d'écoulements fluides. Nous discuterons de la complexité des équations générales de la mécanique des fluides, puis nous apprendrons à formuler des hypothèses permettant de les simplifier (que ce soit pour des simulations numériques ou un traitement analytique) tout en conservant les ingrédients physiques d'intérêt.
La matière fluide. Lois fondamentales. Analyse dimensionnelle. Dynamique des écoulements laminaires. Dynamique de la vorticité. Le fluide parfait. Théorie des écoulements potentiels. Dynamique des couches limites. La turbulence. Introduction aux écoulements géophysiques (tentative). Introduction à la stabilité hydrodynamique (tentative).
Mécanique : solide et milieux déformables L3 ou équivalent.
Examen écrit.
Title (en)
Advanced Quantum Mechanics
Aldo Deandrea
A. Deandre
V. Dansage
H. Hansen
A. Marquet
Rappels de Mécanique quantique élémentaire
1. Espace de Hilbert, bra et kets, images (Schrödinger, Heisenberg, Dirac)
Diffusion [4 heures]
1. Notions générales
2. Ondes partielles, approximation de Born
3. Potentiel central [vu essentiellement en TD]
Matrice densité [6 heures]
1. Motivations
1.1. Système de deux particules différentes
1.2. Intrication et fentes Young
1.3. Pourquoi des mélanges statistiques ?
2. Définition et propriétés
2.1. Propriétés générales
2.2. États purs
2.3. Remarques
3. Opérateur densité réduit
4. Évolution temporelle
4.1. Rappels
4.2. Évolution temporelle d'un système fermé
4.3. Dynamique d'un système ouvert
5. Mesures dans l’interprétation de Copenhague
5.1. En termes d’états
5.2. En termes de matrice densité
6. Cohérences quantiques
6.1. Populations et cohérences
7. Mesure et décohérence
Symétries [7 heures]
I. Partie générale
1. Rappels de mécanique classique
1.1. Transformations
1.2. A quoi correspond une symétrie ?
2. Théorème de Wigner
3. Groupes de transformations
4. Symétries
5. Exemples
5.1. Translations
5.2. Parité
5.3. Théorème de Bloch
5.4. Transformations de Galilée (en partie en TD)
5.5. Dilatations (TD)
II. Rotations
1. Rotations
1.1. Groupe de rotations
1.2. Rotations infinitésimales
1.3. Représentation
2. Rotations et moment angulaire
2.1. Algèbre du moment angulaire
2.2. Moment angulaire orbital
2.3. Matrices de rotation
3. SO(3) et SU(2)
4. Couplage de moments angulaires
Équation de Dirac [7 heures]
A. Expériences faisant apparaître des antiparticules ; Relativité restreinte et théorie quantique : argument général de la nécessite de l'existence d'antiparticules
B. Obtention de l’équation de Pauli
C. Généralisation au cas relativiste
1. Factorisation dans l’équation du second ordre
2. Dérivation de l’équation du premier ordre de Dirac
D. Propriétés des matrices γ
E. Vérification de la covariance de l’équation de Dirac
1. Covariance de l’équation de Dirac
2. Rappels de transformation d'un spineur par rotations
3. Vérification de la variance du quadri-courant
F. Solutions de l’équation de Dirac libre
1. Écriture hamiltonienne de l’équation de Dirac
2. Solutions de quantité de mouvement et d’énergie bien définies
3. Moment orbital, spin et moment cinétique total
G. Mise en évidence de la description simultanée particule + antiparticules
Title (en)
Nuclear Physics and Astrophysics
Aleksi Kurkela
Nous abordons la physique nucléaire, en introduisant des notions de dimension et de masse du noyau. Nous étudions la stabilité, par les modèles de goutte liquide et de couches sphériques, ainsi que la désintégration par émission radioactive, fission et fusion des noyaux. Nous terminons par l'étude des applications astrophysiques et des interactions entre nucléons.
Un premier cours de mécanique analytique et de mécanique quantique.
Title (en)
Dynamical systems and chaos
Sylvain Joubaud
Ce module présente une introduction aux méthodes de résolution des systèmes non linéaires ainsi qu’aux notions de chaos. La présentation privilégie l’étude d’un nombre restreint d’équations modèles à l’aide de méthodes analytiques simples ou bien de méthodes géométriques élémentaires. La présentation s’appuie sur une progression systématique à partir des équations différentielles du premier ordre, avant d’étudier des exemples dans le plan de phase, les cycles limites et leurs bifurcations. Le cours se termine par l’étude des phénomènes de chaos à partir du modèle de Lorenz ou sur des applications itérées. Les notions de fractales, d’attracteurs étranges ou d’exposants de Lyapunov sont brièvement abordées. Les différentes notions sont illustrées à l’aide de nombreux exemples de physique, de mécanique, d’électronique, de chimie, de biologie, d’écologie,...
Bibliographie
S.H. Strogatz : Nonlinear Dynamics and Chaos, Westview Press (2014)
Résolution d'une équation différentielle ordinaire linéaire d’ordre 1 Manipulation de matrices jusqu’en dimension 3
Examen écrit.
Title (en)
Tensors and geometry
François Gieres
G. Grenier
L. Jezequel
K. Kozlowski
Cet enseignement a un objectif double : donner une introduction générale à différents concepts mathématiques qui interviennent dans pratiquement tous les domaines de la physique (notamment les tenseurs, variétés différentielles, connexions, structures métriques) et introduire les notions géométriques de base en termes desquelles est formulée la théorie de la relativité générale (géométrie pseudo-Riemannienne).
1) Variétés : définitions, espace tangent, topologie
2) Tenseurs : champs de vecteurs, tenseurs, formes différentielles et leur intégration
3) Connexions : transport parallèle de vecteurs, dérivées covariantes, courbure, torsion, connexion de Levi-Civita, géodésiques
4) Notions sur les fibrés.
Cours de mathématiques du L3 Sciences de la matière ou équivalent.
Ecrit.
Title (en)
Advanced Thermodynamics
Peter Holdsworth
1. A review of thermodynamics and statistical mechanics
a. Thermodynamics potentials and experimental observation
b. Principals of statistical mechanics, microstates, ensembles, partition function
c. Thermodynamics from statistical mechanics.
d. Classical and quantum quantum limits.
e. Interacting systems
Some examples: magnets, fluids, liquid crystals, polymers and membranes.
2. Phase transitions
a. Symmetry breaking and competition between energy and entropy.
b. Mean field theory – the Ising model, liquid crystals, Van der Waals fluid.
c. Thermodynamics of phase transitions - 1st and 2nd order phase transitions.
d. Landau theory of phase transitions.
e. The lower critical dimension for phase transitions.
3. Response, correlations and fluctuations
a. Susceptibiity and correlations.
b. Landau Ginzburg free energy functional G[m(r)].
c. Correlation length and correlation functions
4. Fluids in the Grand Canonical Ensemble.
a. The chemical potential for the ideal gas and for interacting systems.
b. Liquid-gas phase transition in the Van der Waals approximation.
c. The density functional.
5. Quantum Systems.
a. Introduction to the path integral method.
b. The transverse field Ising model.
c. Quantum phase transitions and quantum critical points.
d. Quantum-classical crossover in an ideal gas.
“Equilibrium Statistical Mechanics” M. Plischke et B. Bergersen (World Scientifique). –
“Introduction to Modern Statistical Mechanics", David Chandler, CUP
“Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena”, H. E. Stanley, OUP, 1971.
“Thermodynamics and Introduction to Thermostatistics”, H. B. Callen, Wiley 1985.
“The Principles of Condensed Matter Physics”, P. M. Chaikin, T. C. Lubensky Cambridge University Press
“Basic Concepts for Simple and Complex Liquids” Jean-Louis Barrat and Jean-Pierre Hansen, CUP.
“Thermodynamique”, Claude Coulon, Sylvie le Boiteux, Patricia Segonds, (Dunod)
“Introduction à la Thermodynamique”, Claire Lhuillier et Jean Rous, (Dunod)
“Thermodynamique Statistique”, R. Castaing, (Masson et Cie)
“Physique statistique”, Bernard Diu, Claudine Guthmann, Danielle Lederer, Bernard Roulet Hermann, 1997.
“Statistical Mechanics: Entropy, Order Parameters, and Complexity”, James Sethna Oxford University Press, 2006 Free pdf: http://sethna.lassp.cornell.edu/statistical_mechanics_entropy_order_parameters_and_complexity
Thermodynamique statistique L3 ou équivalent
Ecrit.
Title (en)
Signal Analysis
Stéphane Roux
Introduction. Place et position de la discipline. Description des processus stochastiques. Transformations et représentations. Procédure d'échantillonnage, théorème de Shannon-Whittaker, redondance, échantillonnage pratique. Signal à temps discret. Transformée en z. Transformée de Fourier discrète. Filtrage linéaire à temps discret. Filtres dynamiques. Introduction à la théorie du filtrage optimal. Modélisation ARMA. Prédiction linéaire. Introduction à la théorie de la détection et de l'estimation. Analyses Temps-Fréquence et en ondelettes. A la recherche d'outils adaptés à l'analyse des signaux non stationnaires. Éléments de traitement d'images. Quantification, lissage, détection de contours, segmentation, compression.
Initiation au logiciel Matlab avec synthèse et analyse de processus aléatoire 1D ou 2D.
Aucun
Examen écrit de 2h
Second semester
Title (en)
English 2
Veronique Rancurel
L’année se structure autour de deux axes pour des cours de niveaux B1/B2/B2+/C1/C1+:
• Cours à thèmes ou compétences scientifiques : science, civilisation/histoire, littérature, anglais pour la recherche, communication orale.
• Préparation à la certification Cambridge English (CAE) en 3 étapes graduées : step 1 (B1), step 2 (B2), step 3 (C1) L’évaluation prend en compte le contrôle continu et l’assiduité aux cours.
Plus d'informations sont disponibles sur le site du centre de langue.
Pour chaque cours, le niveau de langue requis (B1, B2, C1, selon l’échelle du cadre européen des langues) est précisé.
L’évaluation est répartie équitablement entre Contrôle Continu (assiduité prise en compte) (50%) et examen final (50%). Les épreuves comprennent une présentation orale à partir d’un article de spécialité et un examen "Aural Comprehension".
Les étudiants étrangers peuvent substituer le module d’Anglais par un module de Français Langue Etrangère.
Title (en)
Seminars and professionalization
Benjamin Huard (Physique) et Cyrille Monnereau (Chimie)
Dans le cadre de l'UE Séminaires et Professionnalisation, les étudiant.e.s assistent chaque semaine à un séminaire donné par un.e chercheur.se invité.e à présenter son domaine et sa recherche. A ces séminaires spécifiques à la formation s’ajoutent les grandes conférences et « cours du Collège de France hors les murs » organisés par la FRAMA (Fédération de Physique de Lyon) avec des personnalités très prestigieuses, ainsi que le cyle de Conférences « Physique et Chimie au Printemps » (organisé par la FRAMA, les antennes locales de la Société Française de Physique et Société Française de Chimie) toutes sur le site Lyon Tech-Doua. Le créneau de Séminaires est aussi utilisé pour des réunions d’informations sur la formation et ses débouchés.
l'UE "Séminaires" est évaluée par un rapport écrit de 2 pages sur un des séminaires de l'année, et par l'assiduité (émargement à au moins 6 séminaires sur l'année)
Title (en)
Experimental Chemistry 2: Practical work
B Albéla
D Luneau
S Jannin
E Van Elslande
M Vérot / T Fogeron
Ces TPs sont à choisir parmi plusieurs thématiques :
- Cristallographie (synthèse, analyse DRX sur cristal et sur poudre)
- Électrochimie (voltamétrie cyclique, ampérométrie, électrocatalyse)
- RMN
- Introduction à Arduino
Compte-rendus
Title (en)
3-month research internship
Eric Freyssingeas (Physique) et Vincent Krakoviack (Chimie)
Description spécifique pour chaque étudiant.e. Stage dans un laboratoire de recherche académique ou industriel en France ou à l'étranger constituant 12 semaines de présence à temps plein, la rédaction d'un rapport et une soutenance orale devant un jury composé de chercheurs et/ou enseignants-chercheurs. Il s'agit pour l'étudiant de prendre contact avec le monde de la recherche, encadré par un responsable, impliqué dans un réel sujet de recherche et participant aux diverses activités de l’équipe.
La note de l’examen tiendra compte du rapport écrit, de la soutenance orale (exposé + questions) et de l’avis du maître de stage.
Title (en)
Experimental Physics 2
Benjamin Huard
Les projets sont encadrés par des enseignants-chercheurs de l’ENSL et de l’UCBL.
Les Projets Expérimentaux de M1 en Physique sont organisés sur toute l’année.
Au second semestre, les étudiants ont ainsi accès à un matériel de recherche de pointe et développent des réalisations expérimentales en lien avec des sujets de recherche actuels. 6 journées complètes sont consacrées à la réalisation des mesures et à l’analyse des données recueillies.
- comprendre et analyser une question à partir d’article
- proposer un montage expérimental pour répondre à la question
- mesurer un phénomène et analyser ses données de façon critique
- confronter ses résultats à une théorie ou proposer un modèle
Les projets Expérimentaux de M1 au S2 sont évalués par un rapport écrit et une soutenance orale.
Title (en)
3-month research internship
Eric Freyssingeas (Physique) et Vincent Krakoviack (Chimie)
Description spécifique pour chaque étudiant.e. Stage dans un laboratoire de recherche académique ou industriel en France ou à l'étranger constituant 12 semaines de présence à temps plein, la rédaction d'un rapport et une soutenance orale devant un jury composé de chercheurs et/ou enseignants-chercheurs. Il s'agit pour l'étudiant de prendre contact avec le monde de la recherche, encadré par un responsable, impliqué dans un réel sujet de recherche et participant aux diverses activités de l’équipe.
La note de l’examen tiendra compte du rapport écrit, de la soutenance orale (exposé + questions) et de l’avis du maître de stage.
Point de vue sur un thème de recherche actuel: Climat et Transition énergétique
F. Bouchet
C. Herbert
A. Venaille
Série de cours donné par un conférencier invité sur un domaine de recherche actuel en physique et/ou en chimie.
Title (en)
Molecular Biology and Genetics
Cendrine Moskalenko
Tous les intervenants viennent du Département de Biologie de l'ENSL ou UCBL:
Nathalie Alazard-Dany
Philippe Bouvet
Laurent Balvay
Patrice Gouet
Aurélie Vialette
Alice Malivert
Le cours se concentre sur l'échelle moléculaire et décrit la structure et la fonction des acides nucléiques: la physico-chimie de l'ADN et de l'ARN, la structure et l'organisation fonctionnelle du génome, l'expression de l'information génétique. Il traite également de la manipulation de l'information génétique et de ses applications. Le concept de signaux chimiques et leur effet et leur intégration dans la cellule sont également discutés. Le cours accompagnés de TDs à l'IBCP traitent des études cristallographiques sur les protéines. Le cours comprend également des Travaux Pratiques présentant des techniques et des applications du génie génétique in vitro.
PCB 1&2 L3 Sciences de la Matière
Moyenne de 2 notes : 1 note d’examen (écrit, 2/3) sur les cours et 1 note de TP (1/3).
Title (en)
Biological cells and tissues
Cendrine Moskalenko
Tous les intervenants viennent du Département de Biologie :
Nathalie Alazard-Dany
Philippe Bouvet
Carole Chédid
Alice Malivert
Stéphane Vincent
Le cours se concentre sur l'échelle cellulaire et supra-cellulaire. Il inclue l'étude du cycle cellulaire et la cancérogénèse, une introduction à la virologie et à l'immunologie avec des exemples étudiés en TD. Dans le cadre des méthodes de la Biologie Moderne, seront présentés: l'utilisation d'organismes modèles animaux (ver, mouche, souris ...) ou de plantes, ainsi que les méthodes de transgénèse.
Le cours comprend également des Travaux Pratiques illustrant les techniques de culture cellulaire et des applications à l'analyse du cycle des cellules et un projet bibliographique encadré par un.e doctorant.e en biologie.
PCB1&2 en L3 Sciences de la Matière
Moyenne de 2 notes : 1 note d’examen sur les cours (écrit, 2/3) et 1 note de Projet Bibliographique (1/3).
Chimie analytique
- Comprendre les enjeux de l'étalonnage pour la quantification
- Comprendre les notions de spécificité, de gamme dynamique de limite de détection et de quantification et identifier les facteurs expérimentaux qui les influencent
- Connaître différentes stratégies de caractérisation de mélanges complexes
- Comprendre le principe de la quantification par des approches GC ou LC-MS ciblées
- Connaître les principales approches pour la réalisation et de fonctionnalisation de microcapteurs et les méthodes de caractérisation associées (voltampérométrie cyclique, ampérométrie, …)
- Savoir analyser et interpréter la réponse d’un microcapteur et déterminer ses performances pour la quantification
Étude bibliographique
Title (en)
Material Chemistry
Laurent Bonneviot
L. Bonneviot
B. Albela
Cours sur le solide, ses caractéristiques et ses fonctionnalités : description élémentaire de leurs structures (notions de cristal parfait et de cristal réel et de structure amorphe et diffractions des rayons X), relation entre propriétés structurales et propriétés macroscopiques (électriques, magnétiques, optiques et chimiques) et applications (notion de matériau: céramiques, semi-conducteurs, aimants, piézoélectriques). Les notions de surface, d'interface, de porosité et de catalyseur hétérogène seront abordées en fin de cours. Une introduction à quelques techniques spécifiques aux solides ainsi qu'une visite de laboratoire sont prévues.
L3 dont les UEs chimie inorganique, théorie des groupes, spectroscopies
1 examen écrit et un examen oral individuel portant sur un article à commenter
Title (en)
Chemistry of Biological Systems
Jens Hasserodt
J. Hasserodt
dispensée en anglais / lectures are given in English
I. Definition of Chemistry within the limitations of the biological world
II. Covalent bonds in biomacromolecules
A. Amide bond; 1. Ribosomal peptide synthesis ; 2. Solid-phase peptide synthesis
B. Phosphodiester bond; 1. DNA replication ; 2. Solid-phase oligonucleolide synthesis
C. Glycosidic bond; 1. Glycosidase action
III. Covalent bonds in small molecules of the metabolic chain (examples)
A. C-C bond formation, LiGlycolysis, and Ac-CoA formation
B. Cholesterol biosynthesis
C. Bio-mimetic terpene cyclisations
D. The inception of Bioorganic Chemistry
IV. Weak bonds in biomacromolecules
A. Physical nature and energy contributions of weak bonds
B. Auto-assembly ; 1. The dimerization of DNA ; 2. The polymerase chain reaction PCR; 3. Anti-sense oligonucleotides ; 4. Trimerization of DNA; 5. Non-natural DNAs; 6. The auto-assembly of peptide nanotubes
V. Secondary structure adoption
A. The folding of RNA
B. The folding of proteins and possible oligomerization
VI. Folding and melting of secondary structure : spectroscopic and calorimetric analysis
VII. Next Generation Sequencing - the 1000 dollar genome
Title (en)
Industrial Chemistry
Pascal Raybaud (IFPEN)
P. Raybaud
M. Boualleg
Le cours présentera les grands types de catalyseurs hétérogènes utilisés dans les procédés éco-efficients de l’industrie du raffinage et de pétrochimie : hydrogénation, reformage, hydrotraitement, isomérisation, craquage. Le cours sensibilisera au lien entre produits visés, spécifications, conditions réactionnelles et choix des formulations catalytiques. Il développera la compréhension du fonctionnement des catalyseurs grâce à une description des phénomènes depuis l’échelle atomique jusqu’à l’échelle industrielle. Il illustrera l’utilisation des techniques expérimentales (préparation, caractérisation et test) et théoriques (simulation quantique) dans le contexte de la recherche et du développement de catalyseurs.
En s’appuyant sur des exemples concrets, les concepts clefs des catalyseurs seront expliqués: tendances périodiques (principe de Sabatier), nature du site actif, rôle des promoteurs, effets de morphologie et taille de particules, défauts, rôle du support. Les mécanismes réactionnels en lien avec les procédés visés seront étudiés. Les phases actives illustrées seront notamment : les métaux, les sulfures de métaux de transition, les zéolithes. La préparation, mise en forme et les propriétés de surface des alumines utilisées comme supports de catalyseurs seront également abordées.
Une visite des laboratoires de recherche et unités pilotes d’IFP Energies nouvelles est prévue.
Chimie Expérimentale L3 ou équivalent, Catalyse (M1)
Examen final écrit (3 h)
Title (en)
Theoretical Chemistry and Molecular Properties
Claire Loison (Institut Lumière Matière, UCBL)
C. Loison
L. Monticelli
This course is an introduction to the concepts, algorithms and practical aspects of molecular dynamics simulations, with a focus on all-atoms and coarse-grained models. It should help the students to understand how modern simulations packages are built, and to start their own simulations.
- Connaître les notions de base et le vocabulaire utilisés en dynamique moléculaire classique (MD), les possibilités et les limites de la MD.
- Faire le lien entre la MD, la physique statistique et la mécanique classique.
- Découvrir quelques modèles de simulation tout atome et gros grain.
- Regarder la structure d'un code de MD simple (fortran ou python).
- Utiliser des codes de dynamique moléculaire, soit simple (script home-made) ou plus "avance" (gromacs).
- Connaître quelques outils associés à la simulation numérique (outils pour la visualisation, les scripts, les graphes, ici sous linux).
- Avoir produit des données et extrait des informations microscopiques ou macroscopiques sur un projet.
- Quelques notions sur l'exploration conformationnelle biaisée.
- Force field
- The principes of MD simulations and the link with classical Newton's laws and statistical physics
- Details of the simulation steps : model building, boundary conditions, initialisation, integration of the equations of motion, measurement of interesting observables, statistical analysis of the results.
- Introduction to coarse-graining: motivation and general principles; the Martini CG model.
- Elements of structural biology and current open questions in protein and membrane biophysics.
- Applications of coarse-graining to biological systems: membranes, proteins, nucleic acids.
The practical sessions cover such topics :
- tutorial on a high-performance simulation package
- looking into a basic code performing NVT simulations of a Lennard-Jones fluid
Title (en)
Cristal Chemistry
Dominique Luneau (Laboratoire Multimatériaux et Interfaces, UCBL)
D. Luneau
Ce cours doit permettre aux étudiants de chimie d’avoir les connaissances de bases pour appréhender l’étude d’une structure cristalline. (notions de bases en cristallographie, diffraction des rayons X, cristallogenèse, relations structure-propriété).
Licence + UE Chimie expérimentale 1 & 2 ou niveau équivalent pour la partie TP
Title (en)
Electrochemistry
Christophe Bucher (Laboratoire de Chimie, ENS de Lyon)
Christophe Bucher
Ce cours aborde les premiers pas vers l'électrochimie et ses applications. La première partie du cours décrit les piles et les différents types d'électrodes dont les électrodes à membrane sélectives dans le cadre des mesures potentiométriques. Après avoir traité les différents régimes en solution (diffusion, convection et migration), les relations liées à la courbe Intensité-potentiel en régime de diffusion stationnaire sont établies ainsi que leurs applications. Différentes techniques électrochimiques en régime de diffusion stationnaire sont abordées.
- Connaitre et situer dans le temps les grandes découvertes en Electrochimie.
- Comprendre, prévoir et analyser des réactions d'oxydoréduction en phase homogène.
- Construire et exploiter un diagramme E-pH.
- Maitriser les aspects expérimentaux d'une mesure électrochimique (montages, électrodes, milieux).
- Connaitre et comprendre le fonctionnement des différents types d'électrodes : 1er/2ème espèce, électrodes sélectives aux ions, électrodes de référence…
- Comprendre, prévoir et exploiter des courbes i-E enregistrées en régime stationnaire : application à l'analyse (potentiométrie, électrolyse, électrogravimétrie).
- Comprendre et analyser le fonctionnement des différents types de cellules galvaniques (piles, accumulateurs, piles à combustible).
- Comprendre le phénomène de corrosion et les différentes stratégies de protection cathodique.
- Connaitre le principe de fonctionnement d'une cellule électrolytique et de quelques procédés industriels.
- Comprendre les phénomènes de transfert de matière impliqués dans une cellule électrochimique (migration, diffusion, convection).
- Comprendre, mesurer et analyser le déplacement d'espèces chargées dans une cellule électrochimique. Maitriser les notions de conductivité, mobilité, nombre de transport.
- Comprendre les notions de courant Faradique/non-Faradique et le rôle de l'électrolyte dans la mesure du courant à une interface électrode/solution.
- Maitriser les notions de potentiel chimique, de coefficient d'activité. Comprendre les modèles développés par Debye Huckel et savoir exploiter les équations associées.
- Comprendre et savoir utiliser la notion de potentiel électrochimique pour décrire une interface électrochimique
- Savoir décrire une interface électrochimique à l'équilibre et sous courant en utilisant les notions de potentiel interne, potentiel externe, potentiel de surface, potentiel de Junction et de chute ohmique.
- Comprendre et maitriser les concepts et les développements mathématiques sur lesquels reposent les expressions i-E en régime stationnaire dans le cas de systèmes limités par la diffusion des espèces à l’électrode, par la cinétique du transfert de charge ou dans le cas d'un contrôle mixte.
- Savoir exploiter les différentes expressions issues du modèle de Buttler-Volmer et les cas limites de Tafel pour accéder à des grandeurs caractéristiques du système : courant d'échange, coefficient de transfert, résistance de transfert de charge…
concept de base en oxydoréduction (L2 chimie, classe préparatoires - option PC)
Examen terminal
Title (en)
Theoretical Photochemistry
Thomas Niehaus
This course offers an introduction to photochemistry for students with a good knowledge of quantum mechanics. A minimal background in physical and theoretical chemistry or molecular physics is beneficial. The focus is on general and fundamental concepts and particularly on excited state dynamics. The goal is to understand the various photochemical processes that occur after light absorption in molecules, nanostructures and at interfaces. The theoretical tools to interpret both traditional steady state experiments and recent ultrafast laser spectroscopy are provided. Modern quantum chemical approaches to compute excited state energies and potential energy surfaces are briefly discussed. In the last part, case studies illustrate the photochemical concepts applied to molecules, as well as to photovoltaic and energy conversion materials. The course contains practical sessions in the computer lab, which require very basic knowledge of Linux and Python.
Quantum mechanics, basic knowledge theoretical chemistry/molecular physics, basic knowledge Linux/Python
Final written exam (ET)
Chimie expérimentale 2 : projet
Le projet se fera soit sur :
- sur une thématique innovante au sein du laboratoire de chimie
- sur un appareil de mesure scientifique utilisant un micro-contrôleur avec quantification des résultats obtenus
Compte-rendu
Title (en)
Structural Nuclear Magnetic Resonance
Sami Jannin (CRMN, UCBL)
S. Jannin
Le cours portera sur l'utilisation de la RMN comme sonde de structure et de dynamique moléculaire. Il sera illustré d'exemples et de problèmes de chimie organique et de biologie structurale. Il comprendra une description détaillée de la RMN multi-dimensionelle, de la mesure de dynamique moléculaire et de diffusion, de la relaxation nucléaire, et de la détermination de structures tri-dimensionelles de macromolécules biologiques.
Module spectroscopies ou équivalent
Synthèse totale et rétrosynthèse
Olivier Piva
O. Piva
P. Maurin
Les étudiants acquièrent dans ce module différents concepts et connaissance à la synthèse de molécules ciblées, en particulier:
- l’utilisation de groupements protecteurs et son intérêt dans des séquences multi-étapes,
- le potentiel des réactions pallado-catalysées pour obtenir stéréosélectivement des liaisons C=C,
- les processus de métathèse et leurs applications dans des processus tandem,
- l’accès aux 1,3-diols stéréosélectivement,
- l’application des réactions radicalaires en synthèse totale.
A travers différentes synthèses totales, ils sont familiarisés avec l’analyse rétrosynthétique et différentes approches convergentes (ou non) sont discutées.
- Connaître le vocabulaire et les principes de déconnection de molécules
- Savoir reconnaître des éléments-clé (rétrons, synthons et chirons) et les réactions classiques de la synthèse organique à appliquer pour atteindre différents synthons (oxydations, réductions, cycloadditions, alkylation et aldolisations, umpolung,…)
- Approfondir les connaissances en chimie organométallique impliquant les réactions de couplage catalysées par le palladium et la métathèse • Connaître les principaux groupements protecteurs et leurs modes de coupure sélectifs.
- Introduction à la chimie radicalaire - cyclisations et règle de Baldwin
- Applications à la synthèse de molécules ciblées (simples)
L3 et Stéréochimie Fondamentale (M1 1er semestre), ou équivalent.
Un examen final.
Title (en)
Astrophysics
Jean-François Gonzalez (CRAL, UCBL)
J.-F. Gonzalez
J. Fensch
Objets et échelles dans l’Univers
Moyens d’observations
Physique des étoiles: structure, production et transport d'énergie, formation, évolution…
Physique des galaxies: morphologie, dynamique, structure spirale
Introduction à la cosmologie
Ecrit de 2 heures.
Title (en)
Geophysics
Frederic Chambat
UE visant à connaître les grands propriétés physiques, chimiques, et minéralogiques de la Terre (niveau base), les principes de construction des modèles sismologiques de Terre (niveau approfondi), leur intégration dans le contexte de la géodynamique globale (niveau approfondi). Thèmes abordés : structure globale de la Terre ; sismologie mesure, ondes de volume, ondes de surface, modes propres pesanteur et forme de la Terre ; marées ; rotation de la Terre ; convection du manteau ; structure thermique et minéralogique ; planétologie et système solaire.
Examen terminal écrit.
Title (en)
Introduction to Particle Physics
Nazila Mahmoudi
Le but de cet enseignement est de donner un aperçu de la physique des particules et de la construction du Modèle Standard. Ce cours détaillera la classification et l'identification des particules et les caractéristiques des interactions fondamentales.
- Historique et enjeux de la physique des particules - Rappels, diagrammes de Feynman - Leptons et interaction faible - Quarks et hadrons - Symétrie et modèle des quarks - Chromodynamique quantique, jets et gluons - Théorie électrofaible des quarks et leptons - Modèle Standard - Aspects expérimentaux
Les cours de mécanique analytique et de mécanique quantique sont requis. Le cours de symétries et groupes est un plus.
Examen écrit.
Title (en)
Introduction to general relativity
Thomas Buchert
I. Rappels sur la géométrie non-euclidienne : calcul tensoriel, dérivée covariante et transport parallèle, tenseur de Riemann
II. Principe d’équivalence et géodésiques
III. Équations d’Einstein : physique en espace-temps courbe, tenseur énergie-impulsion, formulation Lagrangienne, constante cosmologique
IV. Applications et tests : trou noir de Schwarzschild, déviation d’un rayon lumineux par le soleil et mesure de Eddington, optique gravitationnelle, dérive du périhélie de Mercure, ondes gravitationnelles
V. Notions de cosmologie
Tenseurs et géométrie, Électrodynamique et théorie classique des champs
Ecrit.
Title (en)
Lasers and Matter
Francesco Banfi (partie A) et Natalia Del Fatti (partie B)
Comprendre et modéliser l’interaction lumière – matière, le fonctionnement de sources LASER, et la propagation des champs électromagnétiques intenses dans la matière.
PARTIE A – LASER I. Introduction : principe général de fonctionnement d’un laser II. Lumière et matière : description de la lumière ; la matière : description quantique ; interaction lumière - matière : processus spontanés et stimulés III. Les cavités lasers : faisceaux gaussiens, stabilité, modes de cavité IV. Les mécanismes d’amplification : pompage, gain et pertes V. Fonctionnement d’un laser : continu ; Q-switching, Mode Locking
PARTIE B – INTERACTION LASER/MATIERE I. Introduction à l'électromagnétisme non-linéaire : pourquoi l'optique non-linéaire ; classification et origines physiques des non-linéarités optiques II. Propagation non-linéaire des ondes électromagnétiques : fonction réponse et susceptibilités linéaires et non-linéaires ; équation de propagation non-linéaire III. Effets optiques non-linéaires du second ordre : mélange à trois ondes ; génération d'harmonique deux ; amplification paramétrique optique IV. Effets optiques non-linéaires du troisième ordre : mélange à quatre ondes ; génération d'harmonique trois ; effet Kerr optique
O. Svelto, Principles of Lasers (Springer)
A. Siegman, Lasers (University Science Books)
R. Boyd, Nonlinear Optics (Academic Press)
Y. Shen, Principles of nonlinear optics (John Wiley)
Ondes et Optique (L3)
examen partiel (écrit, 50%) et final (écrit, 50%).
Title (en)
Soft Condensed Matter
Sébastien Manneville
I. Introduction à la matière molle - Rappel des différents états de la matière et présentation des fluides complexes - Etude des propriétés de la matière molle (grande susceptibilité, importance des interfaces, importance de l’agitation thermique) - Exemples de systèmes remarquables (surfactants et systèmes auto-assemblés, polymères, cristaux liquides)
II. Surfaces et interfaces - Définition de la tension de surface, formule de Laplace et étude de l’instabilité de Rayleigh-Taylor - Etude du mouillage et de la capillarité : loi de Young, hystérésis de l’angle de contact, ascension capillaire - Mesure de la tension de surface - Etude du mouillage dynamique : dynamique d’étalement (loi de Tanner), dynamique d’imbibition (loi de Washburn)
III. Systèmes browniens : colloïdes - Définition de l’échelle colloïdale, étude de la dynamique brownienne, des interactions à cette échelle et de la stabilité de ces systèmes - Diagramme de phase
IV. Rhéophysique - Introduction aux « bizarreries » des fluides complexes : visco-élasticité, fluides rhéofluidifiant, rhéo-épaississant et à seuil, effet Weissenberg. - Mesure de ces propriétés et limitations des mesures globales.
V. Exemple de système athermique : les milieux granulaires - Statique d’un milieu granulaire sec - Plasticité, rupture d’un milieu granulaire cohésif - Rhéologie des suspensions granulaires
Thermodynamique, physique statistique, milieu continu et mécanique des fluides
Ecrit
Title (en)
Physics of Biological Systems
Cendrine Moskalenko
Daniel Jost
Cendrine Moskalenko
Ce cours de Physique des systèmes biologiques a pour but de fournir aux étudiants la plupart des concepts et outils utilisés pour comprendre et caractériser les propriétés physiques des systèmes biologiques. Ce type d'approche est de plus en plus répandu en biologie moléculaire et cellulaire, et a contribué à de nombreuses avancées significatives aussi bien expérimentales que conceptuelles dans le domaine. Le cours permet de couvrir la majorité de ces approches: la physique statistique appliquée à la biologie moléculaire, la modélisation spécifique des macromolécules biologiques et l'étude des membranes biologiques et du cytosquelette.
Notions de base de physique statistique.
Examen écrit
Title (en)
Free field quantification
Stefan Hohenegger
S. Hohenegger
E. Brillaux
L. Mangeolle
Compréhension des outils de base des théories quantiques des champs pertinentes pour la physique des hautes énergies et des particules.
1. Groupe de Poincaré
représentation
définition des champs relativistes classiques
2. Quantification canonique des champs libres
champ scalaire et champ vectoriel
espace de Fock
propagateur et fonctions à N points
3. Couplage à une source externe
matrice de diffusion
théorème de Wick
Mécanique analytique L3, Mécanique quantique L3/M1
Examen écrit
Title (en)
Supraconductivité, superfluidity and Magnetism
Tommaso Roscilde
Le but de ce cours est de présenter les notions essentielles dans la caractérisation d’une phase en matière condensée : nature du fondamental et ses symétries, excitations de basse énergie (quasi-particule), théorie effective décrivant ces excitations et les propriétés physique de la phase. Ces notions sont introduites à l’aide de trois exemples fondamentaux : la superfluidité, la supraconductivité, et le magnétisme. On insistera sur le lien entre la théorie, la phénoménologie et les manifestations expérimentales.
On abordera successivement : - la seconde quantification - la condensation de Bose-Einstein - la théorie de Ginzburg-Landau - la superfluidité de l’hélium IV - la supraconductivité : phénoménologie et théorie BCS - le magnétisme
Examen écrit
Title (en)
Groups and Symmetries
Alexandre Arbey
Stefan Hohenegger
Camille Eloy
Cet enseignement représente une introduction (illustrée par de nombreux exemples) aux groupes, et plus particulièrement aux groupes de Lie, ainsi qu'aux algèbres de Lie et aux représentations des groupes et algèbres de Lie. Ces notions jouent un rôle fondamental dans les théories physiques qu'elles soient classiques ou quantiques, relativistes ou non relativistes. (H. Weyl : “As far as I see, all a priori statements in physics have their origin in symmetry.”)
- Sur les symétries en physique - Définition des groupes et exemples (groupe symétrique,...) - Définition des groupes de Lie et exemples (groupe des rotations, groupe de Lorentz, groupe unitaire, groupe symplectique,...) - Algèbre de Lie associée a un groupe de Lie; exemples - Représentations des groupes et des algèbres de Lie - Classification de Cartan
Mécanique quantique avancée, tenseurs et géométrie.
Ecrit.
Stage de recherche de 4,5 mois
Vincent Krakoviack (Chimie) ou Eric Freyssingeas (Physique)