L'année de L3 inclut un programme obligatoire, des enseignements de tronc commun et des modules disciplinaires et d'ouverture. La simple validation de la Licence n'est pas la seule condition pour poursuivre en Master Sciences de la Matière.
Le programme de base en L3 :
- L'année de L3 est organisée en deux semestres (S5 et S6), de septembre à mi-janvier et de fin janvier à fin juillet. Le stage de recherche de 8 semaines est effectué à la fin du second semestre, de juin à juillet.
- La "Majeure" Chimie ou Physique est donnée par le choix des Travaux Pratiques obligatoire (Chimie ou Physique Expérimentale 1 & 2). Les cours obligatoires et les cours de tronc commun doivent être suivis par tous les étudiants. Le reste du programme est constitué de modules disciplinaires ou d'ouverture.
Premier semestre
Anglais 1
Layla Roesler
À l’issue d’un test de niveau les étudiants sont orientés vers un parcours sur 4 ou 6 semestres avec comme objectif commun d’atteindre le niveau C1 (niveau avancé) défini par le CECRL.
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".
Chimie expérimentale 1
Bruno Sécordel
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.
Chimie organique : séparation de pigments, condensation, estérification, réduction.
Analyse et électrochimie : CPG, électrode spécifique, incertitudes, titrages ampéro- et potentiométriques, Karl Fisher, courbes I-E, électrolyse.
Matériaux : silice mésoporeuse, fonctionnalisation et imprégnation, supraconducteur, formulation, complexes et matériaux à base d’aluminium.
Chimie organique :
- Connaître les techniques de base utilisées en chimie organique expérimentale : synthèse, purification, analyse.
- Apprendre à travailler efficacement et en sécurité.
Chimie générale :
- Maîtrise de méthodes analytiques et incertitudes
- Méthodes analytiques (Karl-Fisher, Chromatographie en phase gaz, spectroscopie, etc)
Chimie des matériaux :
- organisation en solution, systèmes dispersés et formulation ; synthèse de matrices supports (obtention de familles de silices, contrôle de la porosité, diversification des propriétés, techniques de caractérisation associées), élaboration de matériaux fonctionnels.
Chimie organique et générale niveau L2
Contrôle Continu (CC) : comptes rendus, tenue du cahier de laboratoire
Physique expérimentale 1
Francesca Chillà
L'enseignement de la physique 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.
Ce module est encadré par une équipe d'enseignants-chercheurs. Il y a un net parti-pris en direction de la recherche dès le L3. L'accent est mis en particulier sur l'usage d'un "cahier de manip" et sur le travail collectif.
Le premier semestre est organisé de la manière suivante : trois séances introductives bien encadrées permettent de se familiariser avec les laboratoires et le matériel, et sont suivies de trois "mini-projets". Les sujets de ces "mini-projets" sont de quelques lignes et sont traités sur une durée de trois semaines.
L'examen se fait sous la forme d'un exposé oral de 15’ suivi de questions, sur l'un des trois sujets traités en mini-projet.
Mécanique quantique
Benjamin Huard (Laboratoire de Physique, ENS de Lyon)
B. Huard
S. Dupouy
A. Leclerc
M. Magro
L. Tarbouriech
A. Vincenti
Révolution conceptuelle majeure du 20ème siècle, la physique quantique change profondément notre compréhension du monde. La physique classique ne s’applique ainsi donc que dans un cas particulier : celui où les systèmes transmettent suffisamment rapidement de l’information à leur environnement. La physique quantique a permis un grand nombre d’inventions que l’on retrouve dans notre vie quotidienne. Elle donne aussi un cadre à de nombreuses disciplines de physique, chimie, informatique, mathématique et même biologie.
Le cours présentera les bases de la physique quantique. Pour bien appréhender les concepts de cette théorie fondamentalement probabiliste dans ses prédictions, nous commencerons avec le système le plus simple : le bit quantique. Puis nous nous intéresserons aux fonctions d’onde, à l’intrication quantique, à la dynamique de systèmes quantiques simples ainsi qu’à la description quantique des atomes et des oscillateurs harmoniques. Ces notions de base seront illustrées par des TDs modélisant des expériences actuelles notamment en optique quantique, manipulation de bits quantiques ou métrologie quantique.
1. Expériences de pensée sur des qubits
- expérience de Stern et Gerlach
- principe de superposition
- rétroaction de la mesure quantique
- justification de l'espace de Hilbert et sphère de Bloch
- intrication et inégalités de Bell
- présentation de jeux avec avantage non classique
2. Formalisme
- états purs et matrices densités
- opérateurs
- obsevables et projecteurs
- postulats
- observables conjuguées
- relation d'incertitude de Heisenberg
- évolution d'un système isolé
- oscillations de Rabi
- effet Zenon
3. Intrication quantique
- inégalités de Bell
- théorème de non clonage
- matrice densité
- jeux quantiques
- paradoxe EPR
- téléportation quantique
- codage supra dense
- mesure sans interaction
4. Dimension infinie - fonctions d'onde
- fentes d'Young
- lien entre translation et quantité de mouvement
- fonction d'ondes dans des puits de potentiel
- effet tunnel
- diffusion sur un potentiel
- paquet d'onde Gaussien
- métrologie quantique
- effet Hall quantique
- jonctions tunnel supraconductrices
5. Oscillateur harmonique et optique quantique
- création et annihilation de quanta
- états cohérents et états de Fock
- notions d'optique quantique
- fluctuations du vide
- état comprimé
- interférométrie de Mach Zehnder
- états comprimés à 2 modes
- source de photons uniques
6. Perturbations
- perturbation constante
- perturbation de 1er et 2ème ordre
- effet Stark
- oscillateurs couplés
7. moments cinétiques
- rotation et moment cinétique
- états propres du moment cinétique
- moment cinétique orbital
- spin
- atome d'hydrogène
- harmoniques sphériques
- composition des moments cinétiques
- couleur d'une molécule
8. Particules indiscernables
- bosons et fermions
- statistiques de comptage
Notions d’algèbre linéaire et de probabilités
Examen écrit
Outils numériques et programmation
Martin Vérot
J. Fensch
K. Gérard
M. Verot
Dans tous les domaines, l’outil informatique est de plus en plus utilisé. Dans les domaines scientifiques son utilisation est incontournable et les besoins très spécifiques d’un scientifique nécessitent non seulement la maîtrise de différents logiciels mais aussi la capacité à créer des programmes simples pour l’analyse et la représentation des données. Dans ce module, nous passons en revue les éléments de base du système d’exploitation Unix et proposons une initiation à l’utilisation du langage Python pour les besoins spécifiques d’un physicien ou d’un chimiste. En effet, Python est un langage de programmation qui présente de nombreux avantages : il est libre, gratuit, facile à utiliser et à comprendre. De plus il existe un grand nombre de bibliothèques qui permettent de pratiquement tout faire aisément. Le module contient également une initiation à l'édition de documents scientifiques sous LaTeX.
1. Acquérir les automatismes permettant de réaliser efficacement la plupart des tâches courantes sur un ordinateur.
2. Savoir concevoir des scripts facile à lire et à comprendre avec des commentaires pertinents.
3. Savoir importer des bibliothèques et utiliser leurs fonctions.
4. Savoir concevoir un script Python pour lire, analyser de manière rigoureuse des données et ensuite écrire les résultats de l’analyse.
5. Savoir représenter un graphique, une image avec légende et labels.
6. Savoir communiquer un contenu scientifique écrit ou oral à l'aide de documents LaTeX.
Méthodes mathématiques pour la physique
Camille Eloy
C. Eloy
C. Montagnon
K. Kozlowski
T. Marino
A. Meynard
L’objectif de ce cours est de présenter les outils mathématiques essentiels pour la physique en L3. Il ne s’agira pas là d’insister en profondeur sur les conditions d’existence des différents outils (bien que nous nous attacherons à une certaine rigueur dans ce domaine), mais d’acquérir une aisance dans leur manipulation. Nous prendrons de nombreux exemples dans divers domaines de la physique (mécanique quantique, optique, électromagnétisme, traitement du signal).
Nous commencerons par définir le cadre mathématique de la mécanique quantique : les espaces de Hilbert. Nous aborderons également comment définir des observables quantiques en tant qu'opérateurs hermitiens, et comment déterminer leur spectres. Nous traiterons ensuite de l'analyse de Fourier (décomposition en série de Fourier des fonctions périodiques et transformée de Fourier) et de la théorie des distributions, qui sont des outils fondamentaux dans tous les domaines de la physique. Nous reviendrons sur l’intégration des fonctions de plusieurs variables, avant d'introduire l'analyse des fonctions complexes et ses applications au calcul intégral par le théorème des résidus. Nous finirons en étudiant la résolution des équations différentielles et aux dérivées partielles d'intérêt en physique, ce qui mêlera les notions des chapitres précédents, et enfin certaines fonctions spéciales.
Objectifs et compétences à acquérir:
1. Connaître le cadre mathématique de la mécanique quantique.
2. Comprendre la définition mathématique des observables quantiques et de leur spectres.
3. Maîtriser l'analyse de Fourier (décomposition en série de Fourier, transformée de Fourier) et ses applications physiques.
4. Comprendre la notion de distribution et savoir les manipuler.
5. Calculer une intégrale multiple, en effectuant si besoin un changement de variables.
6. Maitriser les outils de base de l'analyse complexe : fonctions holomorphes, intégration et dérivation complexes, théorème des résidus et son application au calcul intégral.
7. Connaître les principaux outils de résolution d'équations différentielles (variation de la constante, séparation des variables, transformée de Fourier, fonctions de Green) et savoir les appliquer aux principales équations physiques.
8. Se familiariser avec les fonctions spéciales (fonction gaussienne, fonction Gamma, harmoniques sphériques, fonctions de Bessel).
- Algèbre linéaire en dimension finie (programme de CPGE),
- Analyse réelle (notions de continuité, dérivation et intégration des fonctions réelles),
- Résolution d'équations différentielles d'ordre 1 et 2 linéaires à coefficients constants.
Examen écrit.
Outils mathématiques pour la chimie
François Rondeau
François Rondeau
Matteo Peyla
L’objectif de ce cours est de présenter les outils mathématiques essentiels pour la chimie en L3. Il ne s’agira pas là d’insister en profondeur sur les conditions d’existence des différents outils (bien que nous nous attacherons à une certaine rigueur dans ce domaine), mais d’acquérir une aisance dans leur manipulation sur laquelle nous insisterons en cours en multipliant les exemples et en TD par la pratique. Il s’agira également d’expliciter leur utilisation dans divers domaines de la physique et de la chimie que ce soit en électromagnétisme, en mécanique quantique, en cinétique chimique, en optique, en mécanique ou encore en traitement du signal.
Le cours s’articulera autour de quatre grandes thématiques. Dans un premier temps, des rappels d’algèbre linéaire seront faits (structures algébriques, produit scalaire, géométrie dans l’espace, manipulation des matrices, analyse spectrale, etc.). Ensuite, nous reviendrons sur l’intégration de fonctions de plusieurs variables. Enfin, nous reverrons et étendrons des notions déjà connues dans le domaine des équations différentielles. Pour finir, une première approche de la transformée de Fourier sera vue en lien avec ses différentes applications.
1. Connaître et savoir manipuler des exemples classiques de structures algébriques.
2. Comprendre le changement de base d’une matrice, savoir calculer un déterminant et rechercher les vecteurs propres d’une matrice en vue de la diagonaliser.
3. Calculer une intégrale multiple, en effectuant un changement de variables si besoin.
4. Résoudre des équations différentielles classiques (équations différentielles linéaires d’ordre 1et 2, systèmes d’équations différentielles linéaires).
5. Introduction à la notion de Transformée de Fourier
Examen écrit
Physique et chimie des systèmes biologiques 1
Cendrine Moskalenko
Ce module propose une introduction aux grandes questions de la biologie et à leur étude par des approches issues de la physique (expériences et modélisation). Tout en survolant une palette très large de notions de base, l’objectif du cours consiste à mettre en lumière les spécificités et l'extrême diversité des systèmes biologiques. Des thèmes très variés comme l’information génétique, le rôle des fluctuations dans le vivant, les propriétés physiques de l’ADN, la dynamique du cytosquelette ou les moteurs moléculaires seront abordés. Des séances de travaux pratiques (analyse d’ADN recombinant, localisation et rôle de l’auxine dans la plante) permettront aux étudiant.e.s de se familiariser avec les techniques et les contraintes du matériel biologique.
1. Découvrir les grands concepts de l’expression et de la conservation de l’information génétique ainsi que des techniques classiques d’étude de la biologie moléculaire.
2. Avoir une vue d'ensemble de la biologie des cellules pour pouvoir communiquer avec des biologistes et lire la littérature associée.
3. Connaitre les ordres de grandeur des échelles de tailles, temps, forces ou énergies mis en jeu dans la cellule et comprendre certains concepts de physique appliqués aux objets biologiques (polymères, protéines): mécanique, diffusion, dynamique, forces, fluctuations.
4. Connaitre les propriétés physiques des constituants cellulaires : polymère ADN ou ARN, filaments du cytosquelette (actine, microtubules), moteurs moléculaires.
5. Etre capable de comprendre et savoir interpréter la majorité des travaux scientifiques réalisés à l’interface physique-biologie utilisant des outils de molécules uniques tels que pinces optiques, ou pinces magnétiques.
Examen écrit avec une moitié portant sur la partie "Physique" du cours, et une autre sur la partie "Biologie".
Thermodynamique classique
Jean-Louis Barrat
Jean-Louis Barrat
L. Joly
Ce cours sur la thermodynamique classique a pour objectifs principaux de:
- Présenter les fondements de la thermodynamique, ses grandeurs et son formalisme, en visant une compréhension des concepts.
- Étudier les propriétés et les transformations de systèmes physiques et chimiques, incluant des équilibres entre phases et chimiques, et en apporter une interprétation moléculaire.
- Montrer l'importance de cette discipline dans la physique et la chimie actuelles.
La thermodynamique est présentée à partir de postulats de base: quelles informations sont nécessaires pour caractériser les états d'équilibre et quel est le rôle de l'entropie dans l'évolution d'un système thermodynamique. Des changements de variables adaptées à différentes conditions expérimentales emmènent naturellement a de nouvelles grandeurs: enthalpie, énergie libre de Helmholtz et de Gibbs et grand potentiel.
Les propriétés de corps purs et de mélanges, les équilibres entre phases et chimiques, ainsi que des phénomènes aux interfaces sont étudiés à l'aide de modèles qui rendent compte de la non-idéalité, comme des équations d'état et des théories de mélanges ou solutions. Une interprétation de ces modèles à l'échelle moléculaire est apportée.
H.B. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2 ed., Wiley, 1985.
Aucun
Examen écrit de 2h.
Seminaires et professionnalisation
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)
Séparer et identifier
Martin Vérot
M. Vérot
Louise Pinet
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)
Electrochimie
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
Réactivité en chimie organique
Julien Leclaire
Julien Leclaire
Floris Chevallier
Le module de synthèse organique est consacré à la réactivité en chimie organique. Les objectifs sont l’apprentissage et la compréhension des mécanismes réactionnels à travers l’étude de différents types de réactivité. Une première partie du cours est consacrée à l’étude de la réactivité chimique à travers une analyse structure (réactifs/intermédiaires/états de transitions/produits) vs réactivité. Il s’agit notamment de déterminer dans quels cas la sélectivité d’une réaction est gouvernée par la stabilité relative des produits, celle des intermediaires ou par les propriétés des réactifs (charges, orbitales).
Les sujets abordés par la suite sont la fonctionnalisation des structures aromatiques, la formation de liaisons simples C-C via les énolates de métaux alcalins ou par attaque nucléophile de dérivés organométalliques, la réaction de Wittig et les réactions apparentées, les oxydations et réductions en chimie organique, les réactions de transposition et les groupements protecteurs.
1. Savoir mener une analyse électronique sur un composé organique (identification liaisons labiles, analyse de géométrie et conformation, structure grossière des orbitales frontières, répartition de charges, etc.).
2. Identifier le ou les paramètres gouvernant la sélectivité d’une réaction (stabilité des produits ou intermédiaires, contrôle de charge ou orbitalaire sur les réactifs, nature des états de transition). Savoir expliquer et prédire la sélectivité observée.
3. Maitriser les différentes stratégies de formation de liaisons carbone-carbone et savoir les mettre en œuvre dans un processus synthétique multi-étapes.
4. Savoir enchainer les transformations élémentaires pour construire une architecture polyfonctionnelle et réciproquement, pouvoir proposer une analyse rétrosynthétique.
5. Etre capable de proposer des conditions expérimentales (réactifs, solvants, paramètres physiques, montage utilisé) permettant de d’optimiser le rendement et la sélectivité d’une transformation chimique.
Programme de chimie PC ou BCPST
Examen écrit terminal (pas de documents autorisés)
Chimie des éléments du bloc s et p
Tangui Le Bahers
Tangui Le Bahers, Bruno Sécordel
Le tableau périodique est le fruit d’un long travail de conception scientifique et de recoupement de l’étude d’éléments connus et postulés. À travers l’exploration de grands concepts de la chimie s’appuyant sur les éléments de ce tableau appartenant aux blocs s et p, ce cours sera l’occasion d’aborder des notions-clés pour la remise à plat des connaissances et pour la poursuite d’un cursus en chimie en L3 et cycle master. Des premiers éléments de réactivité, de description des liaisons chimiques, de chimie du solide et de chimie orbitalaire seront notamment abordés.
La notion de matière, de la nucléosynthèse des éléments et leur occurrence dans les ressources terrestres jusqu’à l’élaboration de matériaux fonctionnels, sera également traitée par ce cours, et notamment illustrée par les problématiques de production et stockage de l’énergie (production d'hydrogène, batteries, photovoltaïque).
Plusieurs intervenants contribueront à ce cours. Les points suivants seront notamment abordés :
- nucléosynthèse et abondances des éléments, purification des éléments par les chimistes, construction du tableau périodique ;
- origine orbitalaire de certains propriétés ;
- propriétés des éléments à l’état solide sous forme de corps simples et composés ;
- théorie HSAB ;
- Chimie des silicones ;
N.C. Norman, Periodicity and the s- and p-block elements, edition Oxford
P.W. Atkins et D.F. Shriver, Chimie Inorganique, edition DeBoeck
J. Huheey, E. Keiter et R. Keiter, Chimie Inorganique, edition DeBoeck
Aucun prérequis particulier, ce module intervenant en tout début de L3.
Examen écrit constitué de questions courtes abordant les différents aspects du cours.
Matériaux et nanomatériaux : métaux, céramiques et hybrides
Stephane Parola
S. Parola
F. Lerouge
V. Wieczny
Ce cours traite de nanosciences, chimie colloïdale, chimie douce, chimie de surface. Nous aborderons la synthèse colloïdale des grandes familles de matériaux et nanomateriaux (carbone, oxydes, fluorures, QDs, métaux) et quelques mises en forme et nanostructurations.
- Élaboration de matériaux et nanomatériaux inorganique et hybrides. Différentes compositions (métaux, carbone, silicones, oxydes, fluorures et chalcogénures) Différentes approches de synthèse (voies solides, voies moléculaires, chimie douce, chimie colloïdale, top down et bottom up)
- Chimie de surface et des interfaces Fonctionnalisations de surfaces Stabilité colloïdale, Interfaces hybrides, Dispersion de nanomatériaux dans une matrice (composites)
- Méthodes de caractérisation
- Propriétés et applications des nanomateriaux (éclairage-affichage, catalyse, santé…etc)
nomenclature, structure de la matière, atomistique, thermodynamique, connaissance en méthodes de caractérisation (DRX)
Examen écrit à la fin du cours.
Tableau périodique : projet 1
Matthias Pauly
Matthias Pauly, Bruno Sécordel
La pratique de l’écriture scientifique est une composante centrale des métiers de la recherche et de l’enseignement. Savoir la maîtriser (depuis la connaissance du fonctionnement des circuits d’édition, la réflexion autour de problématiques et thématiques nouvelles, que le processus de rédaction en tant que tel), représente ainsi aussi bien un atout majeur vers la valorisation, la diffusion et la mise en forme de ses résultats personnels, qu’une introduction plus générale vers la conception didactique et pédagogique de ressources contextuelles et pertinentes.
Le tableau périodique des éléments, véritable objet de science et de design à destination des chimistes, des physiciens (mais pas que !) constitue en ce sens une porte d’entrée riche vers un ensemble de contenus aussi bien disciplinaires, parfois vers des notions et modèles très avancés, qu’en lien avec des chemins de pensée plus historiques et culturels.
Le module « Tableau périodique – projet 1 » se conçoit ainsi comme un atelier tutoré de pratique de l’écriture scientifique, et de conception de supports de communication rédigés (l’un sous forme d’un article de revue, et l’autre d’un contenu résumé), à partir d’une problématique d’initiative personnelle en lien avec des éléments choisis du tableau périodique, associant connaissances disciplinaires et théoriques, et considérations plus sensibles (historiques ou prospectives, ou dans des domaines applicatifs) pour les tisser.
Compétences disciplinaires :
Identifier des propriétés incontournables d’éléments et séries d’éléments du tableau périodique, et savoir les mettre en comparaison pour discuter des similitudes et différences
Explorer les modèles associés à ces propriétés
Acquérir une plus grande expertise sur la structure du tableau périodique
Compétences en lien avec les métiers d’enseignement et de recherche :
Réaliser un état de l’art des connaissances actuelles en lien avec un ou plusieurs éléments du tableau périodique, et aux développements associés aussi bien dans les applications que dans les aspects historiques,
Découvrir les circuits de publication et d’édition de la littérature scientifique (journaux à comité de lecture, ouvrages thématiques) et plus globalement l’organisation du monde de la recherche et des laboratoires,
Savoir mener efficacement une bibliographie variée au niveau des sources et respectant des exigences de format, à l’aide d’outils informatiques tels que Web of Science ou Zotero,
Savoir confronter les données et résultats trouvés, et les considérer à l’aide des outils d’analyse de la pensée critique,
Identifier et formuler une problématique associant plusieurs éléments du tableau périodique, à partir d’un point d’intérêt personnel, considéré sous un jour innovant,
Sélectionner parmi un large panel de données à disposition un ensemble de données à présenter (didactique) et les éléments de contexte/outils de communication qui vont permettre de les associer (pédagogie)
Réfléchir sur son positionnement vis-à-vis de différents publics, selon les besoins entre communication et médiation scientifique
S’organiser au sein d’une équipe, pratiquer raisonnement et critique en groupe de manière à identifier des progressions communes possibles, tout en maintenant des positions constructives vis-à-vis des autres personnes contributrices
Compétences rédactionnelles
Pratiquer l’écriture scientifique, avec ses spécificités linguistiques
Explorer les modes de narration possibles, sous un format compatible avec le besoin d’univocité des contenus présentés, et sans sacrifier à la rigueur et à la précision des raisonnements et des termes utilisés
Adapter son discours au format imposé (destination, longueur)
S’entraîner à formuler des phrases précises, efficaces et concises
Considérer les pratiques de rédaction dans un contexte chamboulé par la montée en puissance des outils d’intelligence artificielle, notamment générative.
Explorer le potentiel de ces intelligences artificielles en appui du travail de recherche
Choisir ses illustrations et une iconographie adaptée à la transmission du message souhaité, à l’aide d’outils de graphisme si besoin
Compétences transversales :
Se sensibiliser, en fonction des besoins pour la rédaction et des intérêts, aux formalismes d’autres disciplines, aussi bien en sciences « dures » (biologie, physique, médecine, sciences de la terre) qu’aux sciences humaines et sociales (épistémologie et histoire, linguistique, art et design…) afin d’enrichir et émailler ses approches, centrées sur la chimie.
Le module s’étalera sur 6 séances de 4h, associant contenus magistraux assurés par les encadrants, exercices d’entraînement, et créneaux d’avancement tutoré des projets rédactionnels. La première séance se concentrera sur les circuits d’édition et de publication, avec des premiers contacts avec des articles scientifiques et les outils de bibliographie. Les étudiants choisiront alors plusieurs éléments du tableau, qui suscite leur intérêt, et exploreront leurs grandes propriétés et applications (« incontournables »). La seconde séance sera consacrée à la présentation d’éléments choisis parmi ces incontournables, et à la formulation d’une problématique pour l’article rédigé et sa version résumée. Le travail tutoré portera sur la construction d’un plan précis. Les deux séances suivantes reposeront sur la phase rédactionnelle (aspects linguistiques, sémiologiques, narratifs appliqués à l’écriture scientifique), l’incorporation de la bibliographie, et s’étayeront d’une discussion autour du choix de l’iconographie et les réflexions sur la place de l’intelligence artificielle. Enfin, les deux dernières séances porteront sur la formulation d’une version condensée de l’article de revue, des outils de méthode sur l’écriture résumée, avec un travail autour des notions de communication orale rédigée et de médiation scientifique.
« Histoire de la chimie », Jean C. Baudet
« Chemistry of the Elements », Greenwood & Earnshaw
« Inorganic Chemistry », Shriver & Atkins
« Inorganic Chemistry », Miessler, Fischer & Tarr
« Inorganic Chemistry », Cotton & Wilkinson
« Inorganic Chemistry », Wulfsberg
« Inorganic Chemistry », Housecroft & Sharpe
Aucun. Le cours « Chimie des éléments du bloc s et p » (CHIM 3110) est recommandé.
La note finale associera une part de contrôle continu, une évaluation des deux supports rédigés, et la partie orale (lecture du contenu résumé, suivie de questions sur le sujet).
Livrables hebdomadaires
Le travail attendu d’une semaine sur l’autre pourra être déposé sur le portail des études, pour garantir le suivi et permettre les modifications par les encadrants.
Article de revue
Celui-ci sera d’une longueur de 4 à 6 pages, à partir du template « JPCE » (Journal de Physique et de Chimie des Etudiants de l’ENS de Lyon). La problématique et le thème seront d’initiative personnelle, sur des sujets mettant en considération différents éléments du tableau périodique : on pourra y retrouver les « incontournables » sur les propriétés, composés et réactivités, des modèles à discuter, des aspects historiques, quotidiens, culturels, des discussions sur la place des éléments en recherche et en industrie, des perspectives de développement, ou encore des expériences. Il sera étayé de figures et illustrations, et d’une bibliographie. Il pourra être en français, ou en anglais.
Les articles seront évalués sur la qualité de leur rédaction, en particulier de restitution des données et contenus scientifiques, mais aussi sur la pertinence de leur problématique, la qualité de finition.
Résumé
Le résumé reprendra les éléments thématiques abordés dans l’article, mais dans une version condensée qui pourrait être une « communication courte », ou un support écrit à une présentation orale non spontanée, de type « Ma thèse en 180 secondes » ou un format podcast de courte durée. Sa présentation se fera par une lecture à l’oral en groupe, suivie de 5 à 10 minutes de questions sur le sujet, afin d’évaluer l’appropriation des notions traitées.
Ces résumés seront évalués sur le dynamisme de leur contextualisation, la concision et l’efficacité du propos, et la qualité de développement en contexte de taille restreinte.
Mécanique analytique et relativité restreinte
François Gieres
F. Gieres
A. Borderies
J. Ben Achour
J. Fensch
G. Grenier
C. Winisdoerffer
La première partie du cours représente une introduction aux formulations lagrangienne et hamiltonienne de la mécanique classique. L'approche de Lagrange est très commode pour aborder des systèmes où le mouvement est contraint, et l'approche de Hamilton sert de point de base en mécanique statistique et en mécanique quantique. La généralisation des formulations lagrangienne et hamiltonienne à des systèmes avec un nombre infini de degrés de liberté est un outil essentiel en théorie des champs (électrodynamique, gravitation, ...).
Sont traités en cours et TD : équations de Lagrange de première et de deuxième espèce, principe variationnel de Hamilton, théorèmes de Noether, équations de Hamilton, espace de phase, transformations canoniques, équation de Hamilton et Jacobi). La deuxième partie du cours représente une introduction à la théorie de la relativité restreinte. Cette théorie sert de base et de cadre à toutes les théories fondamentales en physique. Sont discutés : principe de relativité d'Einstein, transformations de Lorentz, diagrammes de Minkowski, contraction des longueurs, dilatation du temps, paradoxe des jumeaux, formules d'aberration, effet Doppler, quadri-vecteurs, groupes de Lorentz et de Poincaré, lois de conservation, mécanique relativiste (formulations de Newton, Lagrange et Hamilton).
1. Découvrir une première introduction aux concepts de la physique théorique.
2. Comprendre le principe variationnel et la formulation lagrangienne de la mécanique classique.
3. Dériver les équations d’Euler-Lagrange pour un Lagrangien donné.
4. Comprendre la formulation hamiltonienne de la mécanique classique et le passage à la mécanique quantique.
5. Découvrir les concepts de base de la relativité restreinte, notamment les transformations de Lorentz et leurs conséquences.
Description newtonienne de la mécanique pour des systèmes de particules ponctuelles.
Ecrit
Solides, Liquides, Interfaces
Sébastien Manneville
S. Manneville
A. Crut
S. Paulin
L. Vanel
Discipline traditionnelle développée au cours du 19ème siècle, la mécanique des milieux continus -solides ou liquides- est à la base de nombreuses applications en ingénierie. La théorie de l’élasticité linéaire est d’ailleurs la première « théorie des champs » et de nombreuses notions mathématiques ont été introduites dans ce cadre : opérateurs vectoriels, polynômes orthogonaux… Ce domaine connaît un regain d’intérêt en physique en raison du développement de nombreuses thématiques pluridisciplinaires telles que la nanomécanique, la mécanobiologie, les matériaux architecturés ou encore la géophysique et la physique du climat.
L’objectif de ce cours est d’abord d’introduire les notions qui permettent de décrire le mouvement d’un corps solide indéformable sous l’action de forces extérieures et d’étudier la déformation d’un solide élastique sous l’effet de ces forces. Ensuite, nous montrerons comment le formalisme correspondant s’étend à la description du mouvement de liquides visqueux à travers une introduction à la mécanique des fluides. Enfin, le cours abordera brièvement la mécanique des interfaces entre deux milieux à travers les notions de tension de surface, de mouillage et de capillarité.
Objectifs et compétences à acquérir:
1. Mettre en équation le mouvement d’un solide dans des situations simples
2. Définir et utiliser l'opérateur d’inertie
3. Maîtriser les notions de contrainte et de déformation, la signification physique du module d’Young et du coefficient de Poisson, résoudre des problèmes simples en élasticité
4. Maîtriser la propagation d'ondes élastiques dans les solides isotropes
5. Décrire et modéliser les écoulements de fluides visqueux dans des géométries simples
6. Maîtriser les notions de tension de surface, de mouillage et de capillarité.
Le cours sera structuré en 4 parties :
A. Le solide indéformable (6h)
- Cinématique : champ de vitesse, changements de référentiel, angles d’Euler
- Cinétique : opérateur d’inertie, théorème de Huygens, énergie cinétique
- Dynamique, rotation autour d’un axe fixe
B. Le solide élastique (6h)
- Étude de déformations simples, définition des différents modules élastiques
- Tenseur des déformations, tenseur des contraintes, équation de Navier
- Ondes élastiques dans les solides
C. Mécanique des fluides (8h)
- Cinématique des fluides
- Tenseur des contraintes pour un fluide visqueux
- Équation de Navier Stokes
- Ecoulements à forts/faibles nombres de Reynolds
D. Mécanique des interfaces (6h)
- Tension de surface
- Mouillage et capillarité
Connaissances de base sur les vecteurs, les équations différentielles, les opérateurs linéaires, l’analyse vectorielle et la transformation de Fourier
Examen écrit de 3h ; rattrapage oral ou écrit suivant le nombre de candidats
Bases pour l'analyse de données et d'images
Adrien Meynard
A. Meynard
W. Ruffenach
Le traitement du signal est une discipline mal connue à la frontière entre mathématiques, électronique et informatique. Pourtant, cette discipline est présente dans tous les domaines
Objectifs et compétences à acquérir
1. Comprendre les notions d’échantillonnage d’un signal en temps et en fréquence.
2. Savoir décrire les signaux stochastiques (stationnarité, ergodicité, covariance, etc.).
3. Comprendre et être capable de faire une analyse spectrale de signaux déterministes ou stochastiques.
4. Connaître les notions d’estimateurs : incertitudes, intervalle de confiance, test d’hypothèse.
5. Acquérir des bases en analyse d’image (ex. détection de contours).
Savoir ce qu'est une fonction, comment la représenter dans un graphe et connaitre les fonctions les plus classiques ainsi que leur propriétés. Connaître le principe de calcul de l’incertitude.
Examen écrit de 3 heures.
Second semestre
Anglais 2
Layla Roesler
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".
Chimie expérimentale 2
Bruno Sécordel
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.
Rédaction de compte rendus (CR) pour chaque discipline ; examen oral en monôme (TP de chimie organique : 2 heures).
Stage de recherche Chimie
Vincent Krakoviack
Stage dans un laboratoire de recherche académique ou industriel en France ou à l'étranger constituant 8 semaines de présence à temps plein, la rédaction d'un rapport et une soutenance orale. Il s'agit pour l'étudiant de prendre un premier contact avec le monde de la recherche.
La note de l’examen tiendra compte du rapport écrit, de la soutenance orale (exposé + questions) et de l’avis du maître de stage.
Physique expérimentale 2
Nicolas Taberlet
Nicolas Taberlet
Stéphane Roux
S. Hermelin
Au second semestre, l'enseignement de physique expérimental est organisé de la façon suivante :
- un mini-projet (trois séances) introductif aux problèmes d'acquisition (cartes et logiciel Labview) et de traitement des données (Matlab, Scilab...). Ce mini-projet n'est pas un TP de traitement du signal mais une sensibilisation sur la nécessité, dans le cadre d'une expérience donnée, d'un choix judicieux des paramètres d'acquisition et ainsi que d'une interprétation correcte des données.
- un mini-projet (trois séances) autour de la mécanique quantique.
- un projet expérimental réalisé en laboratoire par les étudiants (en binôme). Ils auront six séances de travail en laboratoire pour le mener à bien. L'esprit d'initiative, l'autonomie et le soin apporté aux expériences sont quelques-unes des qualités permettant de réussir ce module.
Le projet Labo fait l'objet d'un rapport et d'une présentation orale (50% note finale), le mini-projet "Signal" a un rapport écrit (25% note finale) et le mini-projet "Quantique" (25% note finale)
Stage de recherche Physique
Tommaso Roscilde
Stage dans un laboratoire de recherche académique ou industriel en France ou à l'étranger constituant 8 semaines de présence à temps plein, la rédaction d'un rapport et une soutenance orale. Il s'agit pour l'étudiant de prendre un premier contact avec le monde de la recherche.
La note de l’examen tiendra compte du rapport écrit, de la soutenance orale (exposé + questions) et de l’avis du maître de stage.
Atomes, molécules et liaisons
Thomas Niehaus
T. Niehaus
D. Amans
C. Montagnon
A. Pell
La compréhension de la physique des atomes et des molécules représente un des triomphes de la mécanique quantique (S5), et un pré-requis fondamental pour la compréhension de la physique et chimie des milieux denses (solides, liquides), de l’interaction lumière-matière, etc.
Dans ce cours nous allons explorer les bases de la description quantique des atomes et molécules; et des méthodes spectroscopiques qui servent comme sondes fondamentales pour le monde microscopique.
1) Atome d’hydrogène / atomes hydrogénoïdes : equation de Schrödinger et structure principale;
2) Atome d’hydrogène: effets relativistes et structure fine;
3) Théorie des perturbations dépendante du temps, règle d’or de Fermi: les bases de la spectroscopie;
4) Approximation de dipole; règles de sélection et structure fine;
5) Décalage de Lamb; structure hyperfine de l’atome d’hydrogène; règles de sélection;
6) Atome d’Hélium et sa spectroscopie;
7) Atomes poly-électroniques: approximation du champ central, approximation d’Hartree-Fock; règles de remplissage, termes spectraux;
8) Molécules diatomiques: approximation de Born-Oppenheimer; rotations et vibrations;
9) Molécules diatomiques: propriétés électroniques;
Cours de mécanique quantique.
Examen écrit.
Thermodynamique statistique
Sylvain Joubaud (Physique) et Vincent Krakoviack (Chimie)
S. Joubaud
V. Krakoviack
S. Paulin
F. Rondeau
J. Sims
Comment décrire le comportement d’un système physique composé d’un grand nombre (10^23) particules ? La thermodynamique classique permet d’appréhender certains aspects de ce problème mais ne répond pas à toutes les questions.
Ce cours commence par présenter une première tentative pour aller plus loin : une approche « mécanique » par la cinétique des gaz. L’étude de la distribution des vitesses permet de faire émerger une quantité qui ressemble à l’entropie.
On propose ensuite un intermède avec une brève introduction à la théorie de l’information, qui montre l’intérêt de l’entropie dans des domaines variés tels que la compression de fichier ou l’inférence statistique.
Le cours revient ensuite à la physique statistique plus traditionnelle, en montrant l’intérêt d’une approche non plus « mécanique » mais « ensembliste » pour l’étude des grands systèmes. On commence par l’étude d’un système isolé (ensemble microcanonique), puis celle d’un système en équilibre avec un thermostat (ensemble canonique), et d’un système en équilibre avec un thermostat et un réservoir de particules (ensemble grand-canonique). La physique quantique s’immisce dans le débat quand il faut tenir compte de l’indiscernabilité des particules.
Plusieurs applications du formalisme développé sont alors traitées : réaction chimique en phase gazeuse, gaz réels, solutions, adsorption, gaz parfaits d’électrons, rayonnement du corps noir…
Examen écrit (3h) sans document ni calculatrice
Théorie des groupes
Vincent Krakoviack
Vincent Krakoviack, Martin Vérot
Ce module introduit la théorie des groupes. Cet outil mathématique vise à utiliser pleinement les propriétés de symétrie des objets moléculaires, afin d'en étudier les propriétés électroniques et spectroscopiques. Après une présentation mathématique, nous verrons comment les règles de sélection, très utiles en chimie quantique, apparaissent comme des applications des résultats.
Introduire et apprendre à utiliser les outils de la théorie des groupes en physique moléculaire.
- Opérations de symétrie et groupes ponctuels
- Théorie des représentations linéaires
- Termes spectroscopiques, règles de sélection
- Applications aux orbitales moléculaires
- Applications aux modes normaux de vibration
Atomistique – éléments d’algèbre.
Examen écrit à la fin du cours.
Physique et chimie des systèmes biologiques 2
Cendrine Moskalenko
L. Condé
N. Gillet
C. Moskalenko
L. Pinet
Ce module propose une introduction aux grandes questions de la biologie.
Des thèmes très variés comme l'introduction aux concepts fondamentaux de la biochimie, le mode de fonctionnement des protéines, leur structure 3D, le lien structure/fonction, la diffusion et la motilité des micro-organismes.
Des séances de Travaux Pratiques (purification de protéine et cinétique enzymatique, Visualisation 3D de protéines) permettront aux étudiants de se familiariser avec des techniques de Biochimie ou issues de la Biologie Structurale pour l’étude d’objets biologiques.
Objectifs et compétences à acquérir
1. Avoir une vue d'ensemble de la biochimie des constituants cellulaires (glucides, lipides, membranes, acides nucléiques, acides aminés et protéines).
2. Acquérir les notions permettant de comprendre le mode de fonctionnement des protéines : composition, repliement, structure, interactions et rôles.
3. Connaitre les relations structure/fonction des protéines et leurs techniques d’investigation.
4. Connaitre les notions clés de biologie structurale et leur illustration avec la visualisation moléculaire d’une structure issue de la Protein Data Bank..
5. Connaitre les conditions permettant de réaliser une dynamique moléculaire en solvant explicite et savoir en extraire et interpréter des énergies libres d’association protéine-protéine.
6. Connaitre les mécanismes utilisés par les cellules pour se déplacer sur une surface, les techniques pour quantifier ce déplacement et les modèles de marche aléatoires utilisées pour le décrire.
7. Savoir comment la migration cellulaire est modulée en fonction de son environnement, et notamment en fonction des interactions cellules-surfaces et cellules-cellules.
PCB1
La note finale est composée pour 3/4 de la note de l'examen écrit et 1/4 la note du projet protéines 3D.
Projet numérique
J. Reneuve
J. Reneuve
G. Depraétère
Le but de ce module est de développer une démarche "expérimentale" visant à résoudre à l'aide des outils numériques un problème simple de physique ou de chimie. Pour cela, un "projet numérique" devra être mené à bien. Plusieurs étapes-clefs d'un tel projet peuvent être identifiées, à savoir:
- définition de la problématique,
- identification des aspects/difficultés numériques et implémentation du code correspondant,
- simulation numérique et visualisation,
- discussion physique des résultats,
- rédaction d'un rapport.
Le choix du sujet est laissé à l'initiative des étudiant.e.s. Cette liberté leur permet d'exprimer leur sensibilité de chimiste ou de physicien. A l'issue de cette phase de réflexion, la problématique est arrêtée en accord avec les encadrants. Le développement des aspects numériques est conduit au cours de séances sur machine. A cet effet, les ressources du Centre Blaise Pascal sont mises à la disposition des étudiant.e.s, qui peuvent également utiliser leur ordinateur personnel (s'ils.elles le souhaitent).
Le langage de programmation privilégié est Python, incluant l'usage de bibliothèques externes si le besoin se présente.
Le projet s'effectue par binôme au cours de séances sur machine et à travers un travail personnel.
L'objectif de ce module est de permettre aux étudiants d'acquérir une certaine familiarité avec les outils numériques, incontournables dans la vie d'un physicien ou d'un chimiste à l'heure actuelle. Se servir d'un ordinateur comme "paillasse de laboratoire" et mener à bien une expérience numérique requiert diverses compétences, jusqu'ici plus ou moins abordées. Le but de ce module est d'approfondir ce corpus de connaissances, à savoir:
- notions d'algorithmique,
- notions de programmation,
- notions de physique et/ou chimie.
Le parti-pris de l'autonomie laissée aux étudiants dans la définition de leur projet fait que chacun de ces trois axes sera plus ou moins approfondi au cours du module.
Le module Outils numériques et programmation L3 qui donne les bases de l'utilisation du système d'exploitation Unix ainsi que les notions fondamentales de programmation est un pré-requis.
La validation du module "Projet numérique" est basée sur une part de contrôle continu (1/4) et sur un rapport (10 pages) avec présentation (10 min) (3/4).
Résolution de problèmes
Cendrine Moskalenko
Cendrine Moskalenko
Nicolas Taberlet
• Modéliser une situation réelle en problème de Physique
• Faire de la physique quantitative et confronter les résultats
• Construire un problème et communiquer sa résolution
Construire une résolution de problème (rapport écrit + affiche) et la présenter à une équipe d'enseignants qui doivent la répondre à votre question de Physique.
Projet Micro-Contrôleurs
Martin Vérot
M. Vérot
P. Rigord
Après une courte formation à la programmation sous arduino (entrées, sorties, interaction, moteur, montage de base). Les étudiants doivent faire un projet d'instrumentation. Soit pour coupler différents capteurs qui ne communiquent pas en temps normal, soit pour pouvoir faire de l'acquisition automatique sur une expérience.
Quelques exemples de réalisations :
- potentiostat en électrochimie
- capteur de CO,CO2
- Mesure d'une tension de surface par la méthode de Nouy
- banc d'analyse mécanique dynamique
Avoir des notions de programmation, comprendre plus précisément les problématiques liées à l'instrumentation, l'acquisition et le traitement, calibration d'un capteur
Notions de programmation
Compte-rendu
Seminaires et professionnalisation
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)
Spectroscopies
Vincent Krakoviack
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
Tableau périodique : projet 2
Belen Albéla
Laurent Bonneviot, Bruno Sécordel, Anna Clavel, Pierre Bénech et Belén Albela
Le cours se base sur une approche par projet ou chaque groupe se focalise sur un élément précis du bloc s ou p.
Les étudiants doivent créer un poster, une présentation et faire une présentation orale. Une attention spéciale est portée sur les soft skills (maîtrise des logiciel de graphisme, écriture scientifique, bibliographie, vulgarisation scientifique, prévention du plagiat, etc)
L’objectif de ce cous est de découvrir le tableau périodique des éléments en préparant un poster pour vulgariser un des éléments chimiques, et également de préparer une présentation orale pour des étudiants de lycée, en terminale, option physique-chimie. Les étudiants prendront le rôle d’enseignants du secondaire.
Ce cours se fera par une approche projet, en travaillant en groupes de 2-3 personnes. Des compétences en chimie et également d’autres compétences transversales seront développées à la fin de ce cours.
Compétences disciplinaires :
-
Situer l’élément étudié dans sa famille et en dégager sa spécificité.
-
Reconnaître les propriétés spécifiques associées aux différentes familles du tableau périodique.
-
Utiliser les tendances générales donnant les variations des propriétés des éléments pour extrapoler les caractéristiques d’une famille à une autre.
- Naviguer dans le tableau périodique en se basant sur l’expérience acquise sur une famille.
Compétences transversales :
Gestion de soi et attitude professionnelle :
-
S’organiser au sein d’une équipe.
-
Échanger, raisonner et critiquer des idées lors des discussions de groupe.
-
Savoir accepter et interpréter les critiques des différents acteurs du projet.
- Être conscient et critique de son attitude et de sa participation au sein du groupe.
Compétences d’expression :
-
Savoir préparer un poster de vulgarisation scientifique.
-
Présenter à une audience scolaire du secondaire en adaptant son discours.
-
Être conscient et critique de son attitude et de sa parole lors d’une présentation.
- Savoir répondre à des questions en utilisant le vocabulaire adapté au public en face.
Recherche :
-
Utiliser les outils de recherche bibliographique (Google Scholar, Web of Science, …).
- Développer et utiliser sa propre stratégie de recherche.
Projet :
- Expérimenter les différentes étapes de conduite d'un projet dans une approche agile et itérative.
Créativité :
-
Développer une vision d'ensemble des choses tout en étant capable de se focaliser sur un élément.
-
Développer une capacité à penser "hors du cadre".
- Développer un esprit d'initiative induisant les capacités à prendre des décisions dans l'intérêt du groupe ou du projet.
Graphisme :
-
Être familier avec les logiciels de design graphique (Inkscape, Illustrator, Canva, …)
-
Être familier avec les outils de mise en page (Word, Publisher, InDesign, …)
Le cours débutera par une présentation sur comment faire un poster. Des séances de travail en groupe suivant. Il y aura un temps pour présenter l’avancement du projet, et du temps pour continuer le travail en groupe. Chaque séance est différente, le planning des différentes séances sera communiqué au début du cours. Des ingénieurs en pédagogie interviendront dans ce cours pour vous aider à préparer la présentation pour des lycéens.
-
« Chemistry of the Elements », Greenwood & Earnshaw
-
« Inorganic Chemistry », Shriver & Atkins
-
« Inorganic Chemistry », Miessler, Fischer & Tarr
-
« Inorganic Chemistry », Cotton & Wilkinson
-
« Inorganic Chemistry », Wulfsberg
-
« Inorganic Chemistry », Housecroft & Sharpe
Aucun. Les cours « Chimie des éléments du bloc s et p » (CHIM 3110) et « Tableau périodique – Projet 1 » (CHIM3113) sont recommandés.
La note finale sera basée sur la moyenne des notes du poster et de la présentation orale qui sera fait face aux lycéens. Elle sera augmentée de 0-1 point en fonction du travail fourni chaque semaine.
Les posters seront affichés dans le hall du Département de Chimie de l’école et seront présentés à des lycéens de la Cité Scolaire Internationale (CSI) à la fin du cours.
Livrables hebdomadaires
Chaque lundi suivant la séance, les apprenants déposeront sur le portail des études soit un fichier texte contenant les informations obtenues dans la séance, soit le fichier sur lequel ils ont travaillé pendant la séance (premier jet du poster ou de la présentation orale).
Poster
Les apprenants réaliseront un poster de vulgarisation scientifique à destination d’élèves du secondaire. Le format sera de taille A0, le choix de l’orientation (vertical/horizontal) est laissé à la libre appréciation du groupe. Le poster devra présenter du contenu associé à l’élément choisi. Le choix du contenu traité est laissé à la libre appréciation du groupe mais devra être justifié devant les enseignants, les contenus créatifs et innovants seront valorisés.
À titre d’exemple, le poster de vulgarisation peut contenir :
-
Les éléments concernés : nomenclature, propriétés générales
-
L’histoire des éléments : découverte, isolement
-
Les applications industrielles principales de nos jours
-
Les applications dans la vie quotidienne
-
Une expérience intéressante avec l’élément
Les apprenants seront évalués sur la qualité du poster, en particulier les contenus scientifiques, leur pertinence, la qualité graphique ainsi que la créativité.
Présentation Orale
La présentation orale du poster sera faite la semaine d’examens face à des lycéens de terminale. Elle sera suivie de questions posées par les lycéens, qui après évalueront la prestation faite par chaque groupe.
Synthèse de molécules organiques
Nicolas De Rycke
Nicolas De Rycke(CM)
Vincent Wieczny(TD)
L’objectif du cours est de maîtriser les principales réactions classiques et leurs mécanismes permettant l’élaboration des molécules organiques (création des liaisons C-C simples et doubles) ainsi que la manipulation de groupements fonctionnels, notamment via les réactions d’oxydation et de réduction.
Les problématiques de sélectivité, de contrôle ainsi que les questions de stratégie seront largement discutées au travers d’exemples choisis.
Compétences attendues en fin de cours :
- Savoir expliquer des réactivités observées (par des mécanismes, notions de contrôle et de sélectivité).
- Être en mesure de prévoir la réactivité de molécules polyfonctionnelles dans certaines conditions, d’identifier les potentielles réactions indésirables et la manière de les éviter (conditions réactionnelles, stratégie de synthèse incluant les groupes protecteurs etc..).
- Être en mesure d’élaborer des synthèses courtes de molécules polyfonctionnelles
- Formation et utilisation des énolates en synthèse
- Réactions d’oxydation et de réduction
- Formation de liaisons C-C par attaque nucléophile de dérivés organométalliques
- Réaction de Wittig et apparentées
- Traité de Chimie Organique (Vollhardt - Schore), Editions De Boeck
- Chimie Organique Avancée tomes 1 & 2 (Carey - Sundberg), Editions De Boeck
- Mécanismes Réactionnels en Chimie Organique (Reinhard BRUCKNER), Editions De Boeck
- Organic Chemistry (Clayden - Greeves - Warren - Wothers), Oxford Press
- MARCH'S Advanced Organic Chemistry (March), Wiley Interscience
- Introduction à la chimie organique (Drouin), Librairie du Cèdre
- Protective Groups (Greene), Wiley Protecting Groups (Kocienski), Thieme Verlag
- Collection des Oxford Chemistry Primers (titres classés par thématiques)
L2 de chimie ou CPGE
Avoir suivi le cours de réactivité en chimie organique (L3-S1) est fortement conseillé.
Examen écrit 1h30
Modélisation moléculaire
Martin Vérot
Martin Vérot, Lilian Guillemeney
Avoir une première approche de l'interaction inter-électronique via la méthode Hartree-Fock restreinte et non restreinte.
Comprendre le rôle des bases d'orbitales et les conséquences associées.
Pouvoir interpréter un calcul numérique avec des outils de chimie simple comme la méthode des fragments, les diagrammes de corrélation.
Avoir des outils simples pour aborder la réactivité avec des outils de modélisation numérique.
- La structure électronique des molécules. Tomes 1 et 2 Yves Jean, François Volatron.
- Chimie organique : une approche orbitalaire Patrick Chaquin, François Volatron.
- Introduction à la chimie quantique Philippe Hiberty et Nguyên Trong Anh.
- Molecular orbitals and organic chemical reactions Ian Fleming.
- Modern quantum chemistry : introduction to advanced electronic structure theory Attila Szabo, Neil S. Ostlund.
Notion d'orbitale atomique, cours de mécanique quantique, atomes et liaisons (de préférence)
Examen terminal par écrit
Systèmes dynamiques et chaos
Tommaso Roscilde
T. Roscilde
L. Couston
L. Saddier
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.
Electromagnétisme
Guillaume Laibe
G. Laibe
G. Massacrier
S. Paulin
Le champ électromagnétique est décrit par les équations de Maxwell. Le cours démarre donc par les équations de Maxwell et leurs conséquences directes sur le champ: sources, lois de conservation, lois de passage. Les solutions les plus simples (ondes planes) sont décrites en détail dans le vide et on aborde la décomposition en onde plane des champs.
Dans un deuxième temps, l'effet de la matière sur la propagation du champ est étudié. On introduit l'indice via le vecteur P et on étudie différents modèles de la matière. On étudiera en détail la propagation d'ondes planes dans les milieux homogènes dispersifs. L'étude des milieux anisotropes nous conduira à introduire la polarisation des ondes et le formalisme de Jones.
La troisième partie du cours est consacrée aux milieux stratifiés. L'utilisation des symétries dans la résolutions des équations de Maxwell est expliquée de façon générale puis appliquée aux structures d'intérêt. On en déduit les lois de Fresnel ainsi que la structure exacte du champ électromagnétique dans les guides plans.
Enfin, la création du champ est décrite dans différentes approximations. Tout d'abord on effectuera le calcul direct des champs E et B à partir de distributions statiques continues (Lois de Coulomb et Biot). L'approximation non statique et non relativiste est traitée via l'introduction des potentiels vecteurs. On insiste sur le rayonnement du dipôle oscillant. On finira par la formulation relativiste de l'électromagnétisme et son application au rayonnement.
1. Propagation d'onde dans les milieux homogènes.
2. Modèles simples de la matière.
3. Résolution de problèmes simples (haute symétrie) de l'électromagnétisme.
4. Manipulation théorique de la polarisation
5. Rayonnement
Électromagnétisme (programme CPGE)
Première session : examen écrit (questions de cours et problème) durée 3h
Deuxième session : examen oral
Ondes et optique
Vincent Loriot
V. Loriot
N. Berrit
C. Bonnet
C. Winisdoerffer
La compréhension de la nature ondulatoire et corpusculaire de la lumière, de ses interactions avec la matière est à l’origine de l'émergence de la physique moderne dès le début du 20ème siècle. Depuis ces travaux fondateurs, l'optique est devenue un des domaines les plus dynamiques en recherche et dans l’industrie, et une compétence transversale nécessaire aux autres domaines de recherche. Par exemple, il est aujourd’hui possible d’initier et de résoudre la dynamique de processus quantiques dans les atomes, molécules, clusters, nanoparticules uniques résolues aux échelles de temps des dynamiques rotationnelles, vibrationnelles et électroniques (cf. Nobel Chimie Zewail 1999, Nobel Physique Mourou-Strickland 2018, Nobel L'Huillier-Agostini-Krausz 2023). En parallèle avec les développements technologiques actuels, l’optique apporte des solutions de caractérisation d’échantillon, d’imagerie, de résolution spatiale sub-longueur d’onde (cf. Nobel chimie 2014), de télécommunication et d’optronique, et autres. Les applications qui en découlent sont de plus en plus indispensables à la vie quotidienne.
Ces évolutions reposent sur la maîtrise de la lumière, des ondes, des interférences et de leurs conséquences. Ces théories sont décrites par l'optique ondulatoire et l’optique de Fourier spatiale et temporelle qui seront abordées dans le cadre de cet enseignement dont les potentialités seront explorées sur des exemples significatifs.
Optique géométrique, Electromagnétisme dans le vide (programme CPGE)
Examen écrit (3h, questions de cours et problèmes) et recherche thématique (Compte rendu et soutenance).