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 compulsory modules and disciplinary 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 Jens Hasserodt (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
Lilian Guillemeney/Clément Courtin
Lilian Guillemeney
Emma Van Elslande
Marine Labro
Margaux Roux
Thibault Fogeron
Martin Vérot
Pablo Mariani
Le but de ce module est de permettre aux étudiants de chimie de consolider les gestes opératoires de base qu’ils ont pu acquérir en licence, tout en offrant une formation à des techniques de synthèse et de caractérisation physico-chimiques nouvelles.
Outre des synthèses classiques de chimie organique, les étudiants pourront ainsi se familiariser avec la synthèse de complexes de métaux de transition ou de nanoparticules d’or (chimie organométallique et inorganique).
Les techniques de caractérisation mises en œuvre iront de la spectroscopie UV-visible à des techniques de caractérisation électrochimique, en passant par l’élaboration de rendement quantique de fluorescence ou encore par l’utilisation de spectroscopie RMN pour déterminer un excès énantiomérique.
6 TP de 4h à réaliser en binôme, chaque vendredi.
TP I : Synthèse de l'anthracène et détermination d'un rendement quantique
TP II.1 : Addition de Mickaël énantiosélective (synthèse)
TP II.2 : Addition de Mickaël énantiosélective (purification et détermination d'un excès énantiomérique par RMN)
TP III : Synthèse et caractérisation de nanoparticules d'or
TP IV : Synthèse d'un complexe de métal de transition sous atmosphère inerte
TP V : Caractérisation électrochimique d'un complexe de métal de transition
Chimie Expérimentale 1&2 L3 ou niveau équivalent
Contrôle continu : compte-rendu de TP sous forme de réponse aux questions des enseignants, à rendre d’une séance à l’autre.
Tenue d’un cahier de laboratoire, écrit sur place et évalué en fin de module par les enseignants.
Title (en)
Experimental Chemistry 2
Nicolas De Rycke
L'enseignement de la chimie expérimentale au département est fait de manière à laisser une grande autonomie aux étudiants, qui travaillent par binômes. La volonté est de laisser les étudiants se poser eux-mêmes les questions de méthodologie et d'instrumentation qu'ils mettent en oeuvre pour effectuer les observations.
L'enseignement de la chimie expérimentale au département est fait de manière à laisser une grande autonomie aux étudiants qui travaillent par binômes. La volonté est de laisser les étudiants se poser eux-mêmes les questions de méthodologie et d'instrumentation qu'ils mettent en œuvre pour effectuer les observations.
- Utilisation de logiciels visualisation et de modélisation moléculaire du Centre Blaise Pascal.
- Synthèse de silices mésoporeuses et de silices amorphes. Fonctionnalisation des pores et études physico-chimiques de ces matériaux.
- Synthèse et caractérisation de molécules organiques fonctionnalisées. Adaptation de protocoles issus de la littérature. Manipulations en conditions inertes.
Contenu des modules « outils numériques et programmation » et « chimie expérimentale 1 », L3, S5.
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 Physics
Peter Holdsworth (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)
P. Holdsworth
A. Archambault
B. Bermond
D. Carpentier
F. Vialla
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 classes will be in either language on request.
.
1. Macroscopic measurement, specific heat, bulk modulus, conductivity.
1.1 Low energy states of matter- experimental observations.
1.2 Tools, confined quantum particle, quantum statistics, harmonic oscillator, perturbation theory.
1.3 Free electrons - degeneracy, thermodynamics and transport.
1.4 Lattice vibrations, phonons, Debye theory, structures with a basis, band gaps.
1.5 Crystalography of a cubic lattice, Brillouin zone and crystal momentum.
2. Electrons in solids.
2.1 Energy and electron confinement.
2.2 Bloch’s theorem, electron bands and effective mass.
2.3 Metals and insulators.
2.4 Almost free electrons and modified Fermi surfaces.
2.5 Classification of solids: 1. Elements–metallic, covalent, molecular, Van der Waals.
2. Compounds, ionic, covalent, Hydrogen bonding.
3. Crystal structure.
3.1 Experimental evidence for periodic structures.
3.2 Bravais lattices, classification and unit cells.
3.3 Reciprocal lattices.
3.4 Neutron and X-ray scattering.
4. Interactions and nonlinearity
4.1 Semi classical dynamics – Bloch oscillations -conductivity (a second look).
4.2 Particles and holes in semi-conductors.
4.3 Thermal conductivity and the Wiedemann-Franz law.
4.4 The (classical) hall effect – the end of free electron theory
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)
Prerequisites for the course are – first courses in quantum mechanics, statistical mechanics and thermodynamics.
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 : from principles to industrial scale
Pascal Raybaud
P. Raybaud + Intervenants IFPEN
Le cours vise, d’une part, à acquérir les connaissances sur les principes fondamentaux de la catalyse et, d’autre part, à comprendre leurs mises en œuvre au travers de grandes familles grandes familles de réactions catalytiques. Les concepts clefs des catalyseurs hétérogènes (métalliques, oxydes...), homogènes (organométalliques) et enzymatiques seront enseignés.
Pour les aspects fondamentaux, le cours visera à expliquer le rôle d’un catalyseur et la spécificité de la catalyse hétérogène via la description des étapes de la réaction d’une molécule sur une surface. En particulier, les étapes d’adsorption et d’activation d’une molécule seront présentées. Différents modèles thermodynamiques et cinétiques d’adsorption et de réaction seront introduits.
Par ailleurs, le cours présentera différents exemples révélant l’enjeu de la catalyse dans des procédés industriels éco-efficients, de la conversion de la biomasse ou du recyclage des plastiques. Le lien entre produits visés, spécifications, conditions réactionnelles et choix optimaux des catalyseurs sera montré. Il visera une compréhension du fonctionnement des catalyseurs grâce à une description des phénomènes réactionnels depuis l'échelle atomique jusqu'à l’échelle industrielle. Le cours permettra d’acquérir des connaissances sur différentes approches expérimentales (préparation, caractérisation et test) et théoriques (simulation quantique) utilisées dans le contexte de la recherche en catalyse.
I. Principes fondamentaux de la catalyse
I.1 Enjeux et rôle des catalyseurs
I.2 Interaction molécule/surface - Physisorption/Chimisorption
I.3 Etude thermodynamique de l’adsorption (Isotherme de Langmuir, modèle BET)
I.4 Modèles cinétiques de la réaction (état de transition, Langmuir-Hinshelwood)
II. Cas d’étude en catalyse hétérogène
II.1 Activation des liaisons C-C et C-H en catalyse métallique : hydrogénation, déshydrogénation, hydrogénolyse
II.3 Activation des liaisons C-C par catalyse acide et bifonctionnelle : isomérisation et craquage
II.4 Transformation de la biomasse en carburants et intermédiaires de la chimie
II.5 Préparation des catalyseurs
III. Ouvertures à la catalyse homogène et enzymatique
Principles of adsorption and reaction on solid surfaces. R.I. Masel. Wiley Series in Chemical Engineering. (nouvelle édition de 1996)
Catalyse par les métaux. Aspects fondamentaux et industriels. B. Imelik, G-A. Martin et A.-J. Renouprez. Institut de Recherches sur la Catalyse. Editions du CNRS. 1984
Catalysis by transition metal sulfides. From molecular theory to Industrial Applications. H. Toulhoat, P. Raybaud. Editions Technip (Paris, 2013)
Acido-Basic Catalysis. C. Marcilly. Editions Technip (Paris, 2005).
L3 : Matériaux et Nanomatériaux : concepts et applications (fortement conseillé)
L3 : Physique – Chimie – Biologie (fortement conseillé)
L3 : Réactivité en chimie organique (conseillé)
M1 : Chimie expérimentale 1
Examen écrit
Title (en)
d-block : basic concepts and principles
Belen Albela et Thibault Fogeron
B. Albela
T. Fogeron
Ce cours a pour but d’apporter les différents outils pour décrire les complexes de métaux d.
Compétences à l’issue du cours :
- Être capable de décrire un complexe de métal de transition d’un point de vue électronique, environnement et orbitalaire.
- Être capable de comprendre un protocole de synthèse d’un complexe
- Introduction –nomenclature
- Chimie organométallique
- Champ cristallin/champ de ligand
- géométrie des complexes
- cinétique de la complexation
- thermodynamique de la complexation
- stratégie de synthèse des complexes
Chimie inorganique, Huheey, Keiter & Keiter (546 HUHE)
Chimie inorganique, Shriver & Atkins (546 SHRI)
Les orbitales moléculaires dans les complexes, Jean (541.2 JEAN)
Chimie Inorganique, Miessler (546 MIES)
Cours de chimie orbitalaire et théorie des groupes (L3) ; thermochimie (L2)
Examen écrit + prise en compte de la participation aux TDs et aux QCM sur le portail des études
Title (en)
Quantum modelisation of molecules
Pierre-Adrien Payard
P.-A. Payard
B. Marekha
Ce cours est dédié à l’application de la théorie de la fonctionnelle densité (DFT) à la prévision de propriétés moléculaires (structure, énergie, spectroscopie)..
Après une première partie fondamentale exposant les théorèmes fondamentaux de la DFT (Hohenberg-Kohn) et les approximations traditionnellement misent en place pour estimer l’énergie cinétique électronique (méthode de Kohn-Sham) et l’énergie d’échange et de corrélation, les étudiants remobiliseront les connaissances acquises lors de séances de travaux pratiques avec pour objectif l’optimisation des méthodes de calcul adaptées à des problèmes spécifiques (état de transition, RMN, RPE, IR, etc) et la création d’un court programme en python destiné au calcul de l’énergie d’un atome au niveau DFT.
- Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (International Series of Monographs on Chemistry, 16) Robert G. Parr, Yang Weitao.
- Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory (Dover Books) Attila Szabo, Neil S. Ostlund.
Structure électronique des molécules, base de mécanique quantique, théorie Hartree-Fock.
Examen écrit et évaluation des projets par un oral et un rapport écrit.
Title (en)
Quantum modelisation of materials
Tangui Le Bahers
T.Le Bahers
T. Albaret
J. Sims
Ce cours a trois objectifs généraux :
1- Familiariser les étudiants aux concepts fondamentaux de structure électronique des solides (théorie du gaz d’électron libre, théorie des liaisons fortes, modèle des bandes…) et à la théorie des phonons.
2- Présenter la manière dont les méthodes de chimie quantique modernes (principalement la DFT) s’adaptent aux systèmes périodiques.
3- Donner une première expérience de calculs périodiques avec un code utilisant une base localisée (CRYSTAL) et un code utilisant une base d’ondes planes (VASP) sur des systèmes réalistes (matériaux semiconducteurs, surface de catalyseur…)
Le cours s’articule en quatre parties. La première porte sur la présentation du modèle de gaz d’électron libre et de la théorie des liaisons fortes. Ces modèles permettent d’appréhender les méthodes modernes de calculs de chimie quantique pour les systèmes périodiques que sont les solides cristallins. La seconde partie de ce cours portera justement sur la présentation de l’adaptation de la DFT (présentée en S1A) aux systèmes périodiques. Dans la troisième partie du cours, nous étudierons des exemples de systèmes 3D (matériaux bulk), 2D (surfaces et matériaux bidimensionnelles) 1D (fils moléculaires et nano-tubes) périodiques. La quatrième partie du cours fournit une introduction à la physique des phonons et à leur calcul à partir de code de structure électronique.
Les TD/TP sont réalisés en salle informatique et feront appels à des codes de calcul de chimie quantique professionnels (CRYSTAL et VASP). Après deux exercices communs à tout le groupe, les étudiants réaliseront un projet de leur choix (sélectionné dans une liste de projets proposés) par binôme.
Modélisation Quantique des Molécules (en M1 S1A), Modélisation Moléculaire (L3), Mécanique Quantique (L3)
Les étudiants seront évalués sur la base d’un rapport lié au projet qu’ils auront réalisés lors des TD/TP.
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)
Basic principles of NMR spectroscopy
Andrew Pell
A. Pell
G. Balavoine
This course is aimed at students who already have some familiarity with NMR spectroscopy, and who wish to deepen their understanding of how NMR experiments actually ‘work’. We concentrate on the description of common experiments, and explain in detail the their behind these experiments. The quantum mechanical tools needed to analyse pulse sequences and introduced step by step, and are then applied to a series of one-dimensional and two-dimensional NMR experiments (COSY, DQF-COSY, TOSCY, DQ spectroscopy, INEPT, HSQC, HMQC, HMBC). Finally, we introduce the quantum mechanical tools needed for understanding electronic spins, and how they are observed by EPR spectroscopy.
- Introduction to NMR spectroscopy
- Energy levels and NMR spectra
- The vector model of pulsed NMR and pulse sequences
- Introduction to relaxation
- Fourier transformation and NMR
- The quantum mechanics on one nuclear spin
- Product operators
- Two-dimensional NMR (COSY, DQF-COSY, TOSCY, DQ spectroscopy, INEPT, HSQC, HMQC, HMBC)
- EPR
James Keeler, Understanding NMR spectroscopy (second edition), Wiley (2010)
Malcolm H. Levitt, Spin dynamics: basics of nuclear magnetic resonance, Wiley (2008)
Assessment is made by a single written examination (2h) given at the end of the course.
Title (en)
StereoChemistry 1 : principles
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.
- Connaissances fondamentales des aspects stéréochimiques de la Chimie Organique.
- Groupe de symétrie
- stéréodescripteurs
- types d’isomères
- analyse conformationnelle
- analyse par RMN avec des agents chiraux de déplacement chimique
- de l’analyse à la séparation : cas de l’HPLC chirale
- séparation par cristallisation
- température de coalescence
- dédoublement cinétique
E. Eliel, Stereochemistry
Contenu des cours de L3 : Réactivité en Chimie Organique (S1A) & Synthèse de molécules organiques (S2A), ou équivalent.
Examen écrit de 2 heures.
Title (en)
From solids to materials : structure/properties relationships
Laurent Bonneviot
Laurent Bonnviot, Dominique Luneau
Title (en)
Sustainable chemistry
Margarida Costa-Gomes
Margarida Costa Gomes
Agilio Padua
Adriaan van den Bruinhorst
Jocasta Avila
et autres intervenants extérieurs.
La société demande à réduire l’impact des produits et procédés chimiques dans l’environnement. La recherche académique et industrielle est très active pour essayer de minimiser cet impact avec la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles et la mise en œuvre de procédés de fabrication écoresponsables et plus durables. La chimie verte vise à promouvoir la conception et utilisation efficace de produits chimiques et de procédés chimiques plus respectueux de l’environnement.
Lors de ce cours, des aspects clés des principales pratiques de la chimie durable seront présentés par des spécialistes et des cas d’étude seront traités par les étudiants avec l’équipe encadrante.
- Chimie durable: défis et opportunités.
- Principes de la chimie verte, mesures d’impact environnemental, analyse du cycle de vie.
- Méthodes alternatives de synthèse – voies durables de synthèse et catalyse.
- Milieux alternatifs pour des réactions et des séparations – fluides supercritiques, liquides ioniques, switchable solvents, polymères liquides, solvants eutectiques profonds.
- Matières premières renouvelables, matières premières issues de la biomasse. Utilisation durable de la biomasse.
- Partage et transport de polluants entre compartiments de l’environnement.
- Devenir de polluants chimiques dans l’environnement. Modèles multiphasiques de l’environnement.
[1] P.T. Anastas, J.C. Warner. Green Chemistry – Theory and Practice. Oxford University Press, 1998. J. Augé, M.-C. Scherrmann. Chimie Verte: Concepts et Applications. CNRS Ed., 2016.
[2] N.G. Anderson. Practical Process Research and Development - A guide for organic chemists. 2nd ed, Academic Press, 2012.
[3] F.A. Etzkorn. Green Chemistry : Principles and Case Studies. Royal Soc. Chemistry, 2020.
[4] D.J. Adams, P.J. Dyson. S.J. Tavener. Chemistry in Alternative Reaction Media. Wiley, 2004.
[5] J.M. Parnis, D. Mackay. Multimedia Environmental Models : The Fugacity Approach. 3rd ed, CRC Press, 2020.
Les étudiants doivent avoir complété une Licence de Chimie, génie chimique ou équivalent.
Traitement d’un cas d’étude basé sur le contenu du cours
Élaboration d’un court rapport (5 pages) et présentation d’un séminaire.
Title (en)
Macromolecules
Julien Leclaire
J. Leclaire
E. Moulin
B. Sécordel
- Interdisciplinary teaching unit accessible to students attending the Inorganic, (nano)materials, catalysis (IMC) and Supramolecular, Organic and Biochemistry curriculum to better understand the reactivity and physical chemistry of macromolecules.
- Understand and use the general principles of polymer design and the associated analytical tools enabling to explore their properties and how these are correlated to their structure
- Opening toward industrial application (traditional material such as polyurethanes, polycarbonates, polyolefins, polylactic acids but also biosourced, renewable and self-repairing polymers, including biomacromolecules).
1. Macromolecules and reactivity : from synthesis to self-assembling and repair (step growth, chain growth, living polymerization, metathesis, co-polymerization, reticulation, reversible (non)-covalent, chain recombination, etc..)
2. Structure – Properties relationship : from conformation and tacticity to remarkable thermomechanical and electrical properties under extreme stress (average molecular weight, dispersity, topology, rheological, thermomechanical, swelling, adhesion, conductivity
3. Macromolecules and biological medium
a. Biomacromolecules: from the building blocks of life to self-replication
b. From Biocompatible materials to hybrid conjugates
4. Integration of macromolecules into material and devices : from separative chemistry (chromatography and beyond) to artificial muscles, solar and fuel cells. Initiation to eco-design.
Fundamental Organic Chemistry L3 S1AFundamental Organic Chemistry L3 S1A
Written final exam (1 h 30) and quiz during sessions + article analysis.
Title (en)
Advanced Thermodynamics
Peter Holdsworth
A. Fedorenko
E. Freyssingeas
A. Poncet
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. Susceptibility 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.
Suggested reading:
“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)
Fluid dynamics
Louis Couston
L. Couston
F. Chilla
J. Reneuve
La dynamique des fluides est au cœur de nombreux défis industriels (optimisation du mélange, énergie renouvelable, médecine, réduction du frottement) et environnementaux (prédiction de la circulation atmosphérique, fonte des glaces). Dans de nombreux cas, ces défis sont difficiles à résoudre car les comportements des fluides sous-jacents (eau, gaz, cristaux liquides, fluides biologiques) sont infiniment complexes et difficile à prédire (étant décrits, pour beaucoup d’entre eux, par l’équation de Navier-Stokes).
L’objectif du cours de Dynamique des Fluides est de vous familiariser avec les outils théoriques et pratiques mathématiques permettant de décrire et prédire (de manière analytique, sous des hypothèses) le mouvement macroscopique des fluides. Plus précisément, à travers ce cours vous allez :
- Développer votre intuition permettant de reconnaître et exprimer mathématiquement les ingrédients physiques clés d'un problème de dynamique des fluides.
- Apprendre à écrire les équations décrivant l’évolution de l’état du fluide.
- Apprendre à simplifier ces équations et les résoudre (donc prédire) dans certains cas limites.
Ces connaissances seront acquises en travaillant sur des situations physiques issues (entre autres) de l’aérodynamique, l’hydrodynamique, l’ingénierie, et de la géophysique (climat).
1) La matière fluide.
2) Lois fondamentales.
3) Analyse dimensionnelle.
4) Dynamique des écoulements laminaires.
5) Dynamique de la vorticité.
6) Le fluide parfait.
7) Introduction aux écoulements géophysiques.
8) Théorie des écoulements potentiels.
9) Dynamique des couches limites.
10) Introduction à la turbulence.
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)
Soft Condensed Matter
Sébastien Manneville
S. Manneville
C. Barentin
E. Freyssingeas
G. Legrand
Le premier objectif de ce cours est d'appréhender les deux principales propriétés macroscopiques des matériaux mous qui les différencient des solides élastiques et des fluides visqueux : la viscoélasticité et les comportements non-Newtoniens. Les interfaces jouent un rôle prépondérant en matière molle et le cours aborde ensuite de façon élémentaire les notions de capillarité et de mouillage. Enfin, la notion de microstructure de matériaux mous est évoquée à partir des techniques de caractérisation basées sur la diffusion du rayonnement. Deux exemples sont étudiés plus en détail pour illustrer l'influence de la microstructure sur les propriétés macroscopiques : les chaînes de polymères et les colloïdes. Les cours et TD sont accompagnés de diverses démonstrations expérimentales des phénomènes étudiés.
Compétences à acquérir :
- Savoir décrire et modéliser les propriétés macroscopiques des matériaux mous les plus simples
- Comprendre les phénomènes liés à la capillarité et au mouillage
- Connaître les principaux modèles de polymères et les interactions à l'échelle colloïdale
1. Mécanique des matériaux mous
• théorie de la viscoélasticité
• comportements non-Newtoniens
2. Surfaces & interfaces
• tension de surface & capillarité
• mouillage partiel
3. Du microscopique au macroscopique
• diffusion du rayonnement
• chaînes de polymères
• physique des colloïdes
M. Doi, Soft Matter Physics, Oxford University Press (2013)
P. Oswald, Rhéophysique, Belin (2005)
P. Coussot, Rhéophysique, la matière dans tous ses états, EDP Sciences (2013)
P.-G. de Gennes, F. Brochard, D. Quéré, Gouttes, Bulles, Perles et Ondes, Belin (2005)
Thermodynamique, physique statistique, milieu continu et mécanique des fluides
Examen écrit de 3h
Title (en)
Numerical physics
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)
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
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)
Geophysics
Chloé Michaut
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)
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)
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
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 project
Belén Albela
B. Sécordel
V. Wieczny
F. Chevallier
T. Pelluau
L. Bonneviot
B. Albela
Deux possibilités sont offertes aux étudiants en début de module :
- Poursuivre les projets du Tournoi Français des Chimistes de l’année universitaire en cours (TFChim, https://www.tfchim.fr/), déjà commencé en Chimie Expérimentale 2 (CHIM4104). Les expériences seront effectuées dans les laboratoires d’enseignement de l’ENS de Lyon.
- Préparer un nouveau projet inscrit dans les thématiques propres à un des laboratoires de l’ENS de Lyon ou bien de l’Université Lyon 1. Le projet doit être original et comporter un travail de recherche bibliographique, suivi de sessions expérimentales ou numériques, qui seront effectuées au sein du laboratoire d’accueil.
Compétences à l’issue du cours :
- Être en mesure de faire une recherche bibliographique et de choisir des protocoles à mettre en place au laboratoire.
- Adapter des protocoles au matériel disponible au laboratoire et être conscient des risques expérimentaux. Savoir proposer des alternatives si nécessaire.
- Caractériser les composés issus d’une synthèse organique, inorganique et de matériaux.
- Être capable de trouver une solution à un problème proposé dans un temps limité.
- Présenter les résultats obtenus en relation à la problématique proposée. Envisager des perspectives d’ouverture pour le projet.
- Savoir justifier et étayer ses choix et répondre à des questions concernant le projet de manière concise et pertinente, en s’appuyant sur les résultats obtenus.
- Faire preuve d’esprit critique vis-à-vis de résultats expérimentaux.
Pour les étudiants qui vont poursuivre la préparation des projets du TFChim :
- Six séances de 4h de pratique expérimentale au laboratoire (vendredi matin ou après-midi).
- Des séances de tutorat le mercredi après-midi qui permettront de discuter avec les encadrants de l’avancement du projet, et de le présenter aux autres étudiants du groupe.
- Des séances d’entraînement pour préparer spécifiquement l’épreuve orale du TFChim.
Pour les étudiants effectuant un projet dans un laboratoire de recherche : 24h de pratique expérimentale ou numérique au laboratoire, à définir avec l’encadrant.
Chimie Expérimentale 1 (CHIM4103) et Chimie Expérimentale 2 (CHIM4104).
Pour les étudiants qui vont poursuivre la préparation d’un projet du TFChim :
- Contrôle continu : recherche bibliographique, mise en place des expériences, tenue du cahier, analyse des résultats obtenus, travail en équipe.
- Présentation orale selon le format du TFChim.
Pour les étudiants effectuant un projet dans un laboratoire de recherche :
- Contrôle continu : recherche bibliographique, mise en place des expériences, tenue du cahier, analyse des résultats obtenus.
- Rapport écrit type article scientifique : introduction, résultats, discussion, conclusions et références (10 pages maximum).
- Présentation orale devant un jury.
Title (en)
3-month research internship
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
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)
Point de vue sur un thème de recherche actuel: Chaos
Sylvain Joubaud
Série de cours donné par un conférencier invité sur un domaine de recherche actuel en physique et/ou en chimie.
Title (en)
Climate and Energy transition
Antoine Venaille
A. Venaille
C. Herbet
F. Bouchet
Objectif 1: Exposer les principes généraux de la physique du climat à l’échelle globale. Ces principes permettront de comprendre le bilan énergétique du système climatique terrestre.
Objectif 2: Comprendre et appréhender les projections du Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du Climat (GIEC) ainsi que les enjeux du réchauffement climatique global.
Objectif 3: Comprendre les scenarios de transition énergétiques envisagés, en France, en Europe et globalement, pour respecter les contraintes d’émission de gaz à effet de serre.
L’originalité de ce cours sera d’aborder ces questions du point de vue du physicien, en mettant en avant les ordres de grandeurs et les mécanismes physiques et chimiques qui guident les raisonnements et contraignent les modèles, de façon à développer une vision quantitative du problème.
• Introduction générale
• Bilan radiatif de l’atmosphère
• Sensibilité climatique
• Dynamique atmosphérique et océanique
• Variabilité naturelle du système climatique
• Modélisation du climat
• Le changement climatique d’origine anthropique
• Impacts du changement climatique
• Les énergies renouvelables
• Les économies d’énergie
• Les scenario et les politiques de transition énergétique
Climate and the oceans G.K. Vallis, Princeton primers in climate
Atmosphere, clouds and climate D. Randall, Princeton primers in climate
The global carbon cycle D. Archer, Princeton primers in climate
Elementary Climate Physics F.W. Taylor, Oxford University Press
Global Physical Climatology, D. Hartmann, Elsevier.
Thermodynamique, mécanique des fluides
Examen écrit
Title (en)
Machine learning in Physics and Chemistry
Pierre Borgnat
P. Borgnat
A. Meynard
Y. Clément
M. Bontonou
Apprendre et se familiariser avec des concepts de base d’apprentissage automatique pour les sciences physiques et chimiques, et découverte des méthodes avancées à travers des exemples appliqués à la physique et la chimie.
- Introduction aux concepts et idées d'apprentissage automatique
- Méthodes générales pour représentations, classification supervisée, clustering
- Approches actuelles en ML, réseaux de neurones
- Exemples et applications à des questions en physique et chimie (analyse de spectres, problèmes inverses en imagerie, chimioinformatique, exemples en études du climat, en astronomie, problème du repliement des protéines, etc.)
Pattern Recognition and Machine Learning. Christopher Bishop, Springer, 2006.
A high-bias, low-variance introduction to Machine Learning for physicists. Pankaj Mehta et al., Physics Reports 810 (2019) 1–124
Deep Learning. Ian Goodfellow and Yoshua Bengio and Aaron Courville. An MIT Press book, 2016
Mathématiques de L3 pour Physique-Chimie.
Outils de Programmation et Projets Numériques de Physique et Chimie (langage : python)
Probabilités, variables aléatoires, statistiques.
Examen écrit et projet avec rapport.
Title (en)
Computer simulations and Statistical Thermodynamics
Ralf Everaers
Ralf Everaers
Statistical Physics deals with behavior that emerges from the interactions of many particles. Since exact analytical solutions of the governing equations only exist for a small number of models, computer simulations have become an indispensable tool in the field and neighboring disciplines like Condensed Matter Physics, Theoretical and Physical Chemistry, Chemical and Biological Physics.
The course introduces the methods employed for exploring the static and dynamic properties of particle based systems. Computational exercises, where these methods are applied to simple, but powerful models, form an integral part of the module. The underlying idea is to inverse the order in which the subject is typically taught: starting from simulations allows to "discover" the laws of Statistical Mechanics and Thermodynamics in a very direct and intuitive manner.
Topics:
- Modern computers and Laplace’s demon: Just do it?!
- Newton’s and Hamilton’s equations of motion: Exact solvable cases, conservation laws and collisions
- So much from so little I: Multi-particle collision (MPC) dynamics
- Phase space and microstates
- Irreversibility, the H-theorem and ergodicity
- Equilibrium ensembles
- Driven systems
- So much from so little II: Lattice-spin and gas models
- Phase transitions
- Exploring emergent static properties
- Exact enumeration of small systems: Reweighting and the exact evaluation of partition functions
- Monte Carlo simulations
- Simple Sampling: Statistical errors and the limits of reweighting
- Importance Sampling: The Metropolis algorithm; Statistical errors, dynamical correlations, Glauber vs. Kawasaki for spin systems and lattice gas models.
- Thermodynamic integration
- Exploring emergent dynamic properties
- Molecular Dynamics Simulations
- Integrating Newton’s equations of motion for continuous potentials: The secret behind the Verlet algorithm: Symplectic integrators
- Data structures for running ensembles of statistically independent simulations and sweeping parameter space
- Lattice-Boltzmann Simulations
- The emergence of Navier-Stokes-like fluid flow
- Molecular Dynamics Simulations
- Frenkel and Smit, Understanding Molecular Simulation
- Allen and Tildesley, Computer Simulation of Liquids
- Landau and Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics
- Krauth, Algorithms and Computations
Classical mechanics, and basic notions of thermodynamics and statistical mechanics (L3), Python
Mini-projet + examen écrit
Title (en)
Molecular Dynamics
Claire Loison
C. Loison
L. Monticelli
Title (en)
Molecular Biology and Genetics
Cendrine Moskalenko et Nathalie Alazard-Dany
Tous les intervenants viennent du Département de Biologie de l'ENSL ou UCBL:
Nathalie Alazard-Dany
Patrice Gouet
Fabien Mongelard
Aurélie Vialette
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
Elena Rondeaux
Aurélie Vialette
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).
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)
d-block elements : analysis and applications
Belén Albela
T. Fogeron
L. Bonneviot
M. Roux
B. Albela
L’objectif de ce cours est de présenter les différentes techniques physico-chimiques qui permettent de caractériser les propriétés électroniques et magnétiques des complexes d’éléments du bloc d, et de voir quelques applications de ce type de composés.
Les propriétés catalytiques de ces composés seront abordées dans les cours de catalyse (CHIM4111 et CHIM4217).
Compétences à l’issue du cours
- Être capable de caractériser un complexe de métal de transition.
- Être capable d’établir des relations structure-propriété pour les complexes métalliques.
- Comprendre une publication scientifique sur un complexe de coordination : protocole de synthèse, caractérisation des propriétés électroniques et magnétiques, relation structure-propriété.
I. Caractérisation des complexes de coordination :
• Spectroscopie électronique (UV-visible)
• Magnétisme, Résonance Paramagnétique Électronique (RPE)
II. Transfert électronique
III. Chimie Bio-Inorganique
- « Inorganic Chemistry », Shriver & Atkins
- « Inorganic Chemistry », Miessler, Fischer & Tarr
- « Inorganic Chemistry », Cotton & Wilkinson
- « Inorganic Chemistry », Wulfsberg
- « Inorganic Chemistry », Housecroft & Sharpe
- « Chemistry of the Elements », Greenwood & Earnshaw
Éléments de la série d : fondamentaux (CHIM4115).
Les cours « Théorie des groupes » (CHIM3204) et « Spectroscopie électronique » (CHIM4110) sont recommandés.
- Présentation d’un complexe (fiche et oral, en binôme) et participation aux TDs (25%).
- Examen écrit à la fin du cours (75%).
Une liste de complexes emblématiques sera donnée au début du cours. Les apprenants choisiront un des complexes ou famille de complexes proposés et ils feront une recherche bibliographique pour préparer une fiche (maximum 4 pages) sur le complexe et une présentation orale qui sera effectuée à la fin du cours. Cette présentation se fera en binôme et devra comporter la synthèse, la caractérisation et des applications de ce complexe, en utilisant toutes les compétences qui seront développées lors de ce cours.
Title (en)
Stereochemistry 2: applications
Jens Hasserodt
J. Hasserodt
N. De Rycke
Connaissances fondamentales des aspects stéréochimiques de la Chimie Organique.
- Groupe de symétrie
- stéréodescripteurs
- types d’isomères
- analyse conformationnelle
- analyse par RMN avec des agents chiraux de déplacement chimique
- de l’analyse à la séparation : cas de l’HPLC chirale
- séparation par cristallisation
- température de coalescence
- dédoublement cinétique
E. Eliel, Stereochemistry
Contenu des cours de L3 : Réactivité en Chimie Organique (S5A) & Synthèse de molécules organiques (S6A), ou équivalent.
Examen écrit de 2 heures.
Title (en)
Strategies and trends in organic chemsitry
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)
Metal-based catalysis in organic chemistry
Floris Chevallier
F. Chevallier
L. Garel
Maîtriser les principes généraux de la catalyse homogène, hétérogène et enzymatique, en utilisant des notions de chimie de coordination et de chimie organique.
Connaitre 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.
- Réduction
- oxydation
- addition
- couplage
- activation de liaison
- applications industrielles
- catalyse enzymatique
- Fundamentals of Organometallic Catalysis, D. Steinborn, 2011, Wiley.
- Organometallic Chemistry and Catalysis, D. Astruc, 2007, Springer-Verlag.
- Organometallics in Synthesis, 3rd Edition, M. Schlosser, 2013, John Wiley & Sons.
- The Organometallic Chemistry of the Transition Metals, 7rd Edition, R. H. Crabtree, 2019, Wiley-Blackwell.
- Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis, J. F. Hartwig, 2010, University Science Books.
Réactivité en chimie organique, synthèse de molécules organiques, éléments de la série d - fondamentaux.
Examen terminal (ET).
Title (en)
Structural characterisation of materials
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)
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