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Année 2012/2013 Option : PA 3ème année
P 1 P2 P 1 P 2 Enseignant
1. Enseignement Commun : kit de survie en physique
1 Mde+ Milieux denses 18 18 2 2 I. KornevMDE+ dans le cadre d'un master 9 1* B.Dkhil
2 PST Physique statistique et transport 18 18 2 2PST+ dans le cadre d'un master 9 1*
3 IMR Interaction matière rayonnement 18 18 2 2IMR+ dans le cadre d'un master 9 1*
4 ATM Atelier de modélisation 27 27 3 3 H. Dammak / M. Hayoun / I. Kornev / Y. Chalopin
Total : 108 81 12 9 Contrôles inclus1 PRO Projet d'option 100 100 9 9
PRO+ Projet d'option + 50 3Total : 100 150 9 12 Contrôles inclus
5 sur 18 4 sur 18
1 ODS Ordre, désordre et symétrie 27 27 3 3 H. Dammak / I. Kornev/ B. Dupe
2 OMC Optique statistique, milieux complexes et Imagerie 27 27 3 3 R. Carminati
3 NAT Nanosciences et nanotechnologies 27 27 3 3 B. Palpant / F. Glas / Y. Chalopin / S. Volz / T. Antoni
4 OPE Optoélectronique 27 27 3 3 A Godard / P. Lecoy
5 SCE Composants de la micro et nanoélectronique 27 27 3 3 A. Bournel /J.Saint-Martin /R. Kuszelewitz
6 MPE Matériaux pour l'énergie 27 27 3 3 H. Dammak / G.Baldinozzi
7 NAB Nanoparticules en biologie 27 27 3 3 C.Sicard /E. Brun / M. Erard
8 MMO Matière molle 27 27 3 3 D.Quéré / V. Bergeron
9 MSU Magnétisme et supraconductivité 27 27 3 3 E. Vincent / M. Roger10 DFL Dynamique des fluides, turbulences, chaos, instabilités 27 27 3 3 A. Soufiani 11 PAR Particules 27 27 3 3 N. Besson / Jean-Marc Le Goff
12 FEL Ferroelectricité 27 27 3 3 B. Dkhil / B. Froelich / I. Kornev
13 DFT Structure électronique : méthodes avancées (DFT) 27 27 3 3 P. Cortona14 MEP Milieux hors Equilibre - Plasmas 27 27 3 3 M.Y. Perrin / C. Laux15 PCQ Physico-chimie quantique 27 27 3 3 P. Cortona16 IMB Introduction aux méthodes d'analyse pour la biologie 27 27 3 3 J.L. Zimmermann18 POG Physics applications in oil and gas exploitation and prod. 27 27 3 3 P. Ligneul / M.G. luling19 AST Physique extra-terrestre 27 27 3 3 R.Lehoucq / E. Pantin
Total : 135 108 15 12 Contrôles inclus
Atelier expérimental 20 20Méthodes expérimentales avancées 16 16
TPGI TP Grands Instruments 15 15 J.M. Gillet / ESRF - J.M. Kiat / LLBEIM Enjeux industriels de la métrologie facultataif* 12 F. Bielsa / P. PinotERD Etude de cas en R&D facultataif* 12 B. Palpant & industriels
3 Visites6 à 7 visites 30 304 Conf. 8 conférences 12 125 DAN Data Analysis facultataif 7.5 M. Sivia
Total : 93 124.5 6 9 Contrôles inclus
1 LangueDeux langues obligatoires 34 34 3 32 Sport Facultatif 34 34
Total : 68 68 3 315 15
Total : 15 15
TOTAL Géneral : 504 531.5 60 60
3. Activités spécifiques
1
TP PAE Physi
J.M. Gillet / B. Palpant
B. Palpant
2. Cours électifs : 6 parmi 13 (et selon Master)
* Les étudiants du parcours "Physique pour l'innovation scientifique", ayant choisi de suivre un master en parallèle de l'option, suivent les cours MDe+, PST+ et IMR+. Dans ce cas EIM et ERD deviennent facultatifs
6 6 P. E. Janolin / Encadrants
2 3* 3
4. Langues-Sport
5. Stage
JJ Greffet
Option PHYSIQUE et APPLICATIONSResponsable : I. Kornev Adjoint : B. Palpant
Parcours 1 : Physique pour l'innovation scientifique
Nb heures ECTS
Parcours 2 : Physique pour l'innovation technologique
EdT PA 12-13_V6.xls 31/08/2012
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
MDE – Milieux Denses
Code du cours : MDE Nom du Cours: Milieux Denses Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Igor Kornev Enseignant(s): Igor Kornev, Brahim Dkhil
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100 MDE+ se fera en français (anglais si demandé)
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
18 heures MDE+ 9heures
16 heures 9h
heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Contrôle écrit sans documents + devoir maison
Objectifs : Maîtriser les éléments essentiels permettant d’aborder la plupart des problèmes concernant la physique de la matière condensée. Passer du solide cristallisé idéal à un solide fini et réel
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
I. Description structurale des solides : espace réel et réciproque. Solide cristallin idéal, cas des défauts et des surfaces. Modèles énergétiques pour les grands types de solides (en exercice) 6 heures
II. Vibrations et déformations des solides. Lien avec les propriétés thermo‐mécaniques. Observations expérimentales. Rôle des vibrations dans les transitions de phase 6 heures
III. Propriétés électroniques. Rappel sur les électrons libres (exercice sur alliages métalliques et leurs divers états) – Théorie des bandes et densités d’état – Théorie des liaisons fortes et applications diverses (graphite et nanotubes, supra‐conducteurs…) 6 heures
IV. MDE+ (complément) De la structure de bande aux dispositifs de l’électronique. Propriétés optiques 9h
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Etre à l’aise avec les méthodes expérimentales et de modélisation concernant les propriétés structurales, vibrationnelles, électroniques et optiques des solides
Supports de cours : Polycopié et transparents présentés en cours et articles scientifiques.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
PST – Physique Statistique et Phénomènes de Transport
Code du cours: PST Nom du Cours: Physique Statistique et Phénomènes de Transport Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Jean‐Jacques Greffet Enseignant(s): Jean‐Jacques Greffet
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours
TD
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc)
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
18 heures PST : 18 heures PST+ : 9 heures
heures heures heures 2 heures
Modalités de contrôle:
Contrôle écrit de 2h
Objectifs: Le cours revient sur les bases de la physique statistique à l'équilibre. On aborde ensuite les situations hors équilibre sous plusieurs angles : théorie de la réponse linéaire et théorème de Fluctuation‐dissipation, approche cinétique et équation de Boltzmann, introduction à la thermodynamique des phénomènes irréversibles. Le troisième tiers du cours est consacré à un approfondissement au choix : transport dans les solides ou transport dans les fluides.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés:
Physique statistique à l'équilibre. Théorie cinétique et ensemble statistique.
Ensemble microcanonique et canonique. Multiplicateurs de Lagrange.
Physique statistique à l'équilibre. Matrice densité. Ensemble grand canonique.
Exemple de grand potentiel (élasticité, énergie électromagnétique, capacité)
Fluctuations à l'équilibre thermodynamique.
Coefficients de réponse linéaire. Propriétés générales.
Théorème de fluctuation‐dissipation.
Modèle de Langevin.
Approche élémentaire de la théorie cinétique des phénomènes de transport.
Equation de Boltzmann. Approximation du temps de relaxation. Transport dans les gaz.
Approfondissement :
PST+ : Modèle semiclassique des électrons. Transport dans les métaux. Transport par les phonons.
Introduction à la thermodynamique des phénomènes irréversibles.
Savoir‐faire acquis en fin de cours :
Supports de cours: polycopié et copie des planches projetées
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
IMR – Interaction Rayonnements-Matière
Code du cours : IMR Nom du Cours: Interaction Rayonnements‐Matière Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Jean‐Michel Gillet Enseignant(s): Jean‐Michel Gillet Bruno Palpant
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD 100
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
IMR : 18 h IMR+ : 9 h
IMR : 9 h IMR+ : 9 h
8 heures heures 1 h 3 heures
Modalités de contrôle
Examen écrit de 3h.
Objectifs : Apporter le vocabulaire et les concepts essentiels à une compréhension des phénomènes liés aux processus de production de rayonnements et d’interactions rayonnement‐matière (LASER‐Rayons X‐Neutrons). Une approche particulièrement phénoménologique est privilégiée en se basant sur nombre d’exemples tirés d’expériences marquantes.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
1. Bases physiques (J.‐M. Gillet) a. Rappel d’une théorie classique de l’interaction lumière‐matière
i. Modèle de Lorentz de la constante diélectrique ii. Diffusion par un ensemble de particules iii. Approche phénoménologique d’Einstein
b. Modélisation semi‐quantique i. Théorie des perturbations dépendantes du temps ii. Règle d’Or de Fermi iii. Hamiltoniens semi‐classiques de l’interaction électromagnétique
c. Absorption‐émission de lumière i. Règles de sélection : spectroscopie atomique et moléculaire ii. Retour sur le calcul des coefficients d’Einstein iii. Forces d’oscillateur et règles de somme iv. Oscillations de Rabii
2. Sources de rayonnements dans la gamme de l’angström a. Sources de rayons X
i. Le tube scellé et l’anode tournante ii. Le rayonnement synchrotron
b. Sources de neutrons : du réacteur nucléaire à la source à spallation i. Rappel sur la structure du noyau ii. Fusion et fission iii. Source chaude, source froide, modérateurs iv. Sources pulsées à spallation
c. Eléments d’optiques pour RX et neutrons 3. Diffusion de rayonnements de courtes longueurs d’onde
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
a. Diffraction de rayons X et neutrons i. Diffuseur isolé ii. Assemblée de diffuseurs iii. Diffraction par un cristal ou une poudre
1. Représentation d’Ewald 2. Méthode de Laue 3. Importance de la phase 4. Reconstruction de la densité de présence des électrons
b. Diffusion par un milieu désordonné i. Effets de température, vibrations
1. Debye‐Waller 2. Phonons
ii. Désordre statique 1. Désordre aléatoire 2. Onde déplacement et transition de phase 3. Substitution isotopique
iii. Spectroscopie d’absorption 4. Lasers (B. Palpant)
a. Principe de fonctionnement b. Oscillation laser c. Milieu amplificateur d. Cavité e. Propriétés du faisceau laser f. Lasers impulsionnels g. Quelques applications h. Une ou deux conférences invitées sur les applications du laser
Le cours est complété par les travaux pratiques « grands instruments ».
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Pouvoir choisir un type de rayonnement ou une source pour un usage donné. Estimer la probabilité d’occurrence d’une diffusion ou d’une absorption. Maîtriser la base du fonctionnement des principaux types de lasers. Connaitre les limites associées à chaque technique expérimentale basée sur l’interaction rayonnement matière
Supports de cours : Polycopié couvrant tout ou partie du cours Copie des diapositives de cours (lasers)
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
ATM – Atelier de modélisation
Code du cours : ATM Nom du Cours: Atelier de Modélisation Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Hichem DAMMAK Enseignant(s): I. Kornev, M. Hayoun, Y. Chalopin
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100 100 Deux salles en parallèle
TD 100 100 Encadrement par binômes
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100 100 Mini projet sur machine
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 12 heures 12 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Soutenance Orale
Objectifs : La simulation sur ordinateur est actuellement un outil indispensable de la recherche en physique. Elle peut être considérée comme une troisième voie scientifique, complémentaire des approches théoriques et expérimentales. L’objectif du cours est d’initier les élèves aux méthodes les plus courantes en simulation : dynamique moléculaire et Monte Carlo.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : • Modélisation des interactions entre atomes • Introduction de l’intégrale de configuration et équipartition généralisée. • Méthode de Monte Carlo Metropolis (MC) • Méthode de la Dynamique Moléculaire et comparaison avec la méthode MC • Méthodes de calcul des propriétés physiques : chaleur spécifique, fonction de distribution radiale, coefficient de diffusion, paramètres d’ordre, énergie de surface, polarisabilité en fonction de la fréquence … • Les élèves mettront en pratique les connaissances acquises en réalisant des mini‐projets de simulation numérique en partant de codes de calcul fournis ou en écrivant un programme complet. Exemples : 1) Étude d’une transition ordre‐désordre. 2) Détermination du coefficient d'autodiffusion. 3) Reconstruction de surface. 4) Etude de l’influence de la taille de nanoparticules sur les propriétés optiques. 5) Détermination de la constante diélectrique et de la densité d’états de phonons dans un ferroélectrique. 6) Transition ferromagnétique et anti‐ferromagnétique par MC …
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Etre capable de choisir et d’appliquer la méthode de résolution numérique ou de simulation qui s’adapte à un problème rencontré dans plusieurs domaines de la physique de la matière condensée.
Supports de cours : Polycopié fourni et notes de cours (diapositives)
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
ODS – Ordre, Désordre et Symétrie
Code du cours: ODS Nom du Cours: Ordre, Désordre et Symétrie Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Hichem DAMMAK Enseignant(s): G. Baldinozzi
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD 100
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 16 heures 8 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
CF : examen écrit (3h). BE : Travail facultatif intermédiaire (analyse d’un article en anglais rendu sous forme d’un rapport).
Objectifs : Le but est de donner à l’étudiant les connaissances de bases sur les symétries en physique, leurs rôles de simplifications dans la résolution des problèmes et leurs conséquences sur les propriétés physiques et leur anisotropie.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1. Introduction : place de la symétrie en physique (exemples en mécanique classique et quantique, structure de molécules simples) 2. Théorie des groupes : définitions, sous‐groupes, représentations des groupes. (molécules, cluster, …) 3. Application aux systèmes finis : cadre général, symétrie d’un système quantique, dégénérescence, règles de sélection. Exemples : propriétés électroniques et vibrationnelle, de la molécule au solide. 4. Groupes spatiaux de symétrie. 5. Principe de Curie. Application à quelques propriétés : ferroélectricité, piézoélectricité, pyroélectricité, 6. Symétrie des tenseurs : de rang 2 (constante diélectrique, conductivité électrique, …), de rang 4 (constante élastique) et de rang 3 (constante piézoélectrique). 7. Ecart à la symétrie moyenne : structures apériodiques et désordonnées. Exemple : quasi‐cristaux, désordre chimique et de déplacement, les verres, …
Savoir‐faire acquis en fin de cours :
Etre capable de déterminer les symétries d’un système, afin d’en déduire les phénomènes physiques attendus, et de les utiliser pour simplifier la résolution d’un problème physique donné.
Supports de cours : Polycopié fourni et notes de cours (diapositives)
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
OMC – Optique des Milieux Complexes
Code du cours : OMC Nom du Cours: Optique des Milieux Complexes Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Rémi CARMINATI Enseignant(s): Rémi CARMINATI
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100 (selon présence élèves Master International IOGS)
TD 100
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100 Version anglaise partielle
Enoncés (exercices, tests et contrôles)
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
21 heures 18 heures 3 heures heures heures 1,5 heures
Modalités de contrôle
Examen écrit de 1h30
Objectifs : La diffusion de la lumière dans les milieux complexes rend très difficile l’utilisation de techniques d’imagerie standard (microscopie conventionnelle). Pourtant, être capable de « voir à travers des milieux diffusants » est un atout majeur dans des domaines aussi divers que l’imagerie biomédicale, l’étude de la matière molle, ou la caractérisation de peintures. Des approches originales ont été utilisées au cours des vingt dernières années pour développer des systèmes d’imagerie nouveaux, permettant de détecter des objets et de réaliser des images en régime de diffusion multiple. Le module présente les fondements physiques de la propagation des ondes dans les milieux diffusants désordonnés, et différentes techniques expérimentales modernes permettant de sonder de tels milieux.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1) Diffusion de la lumière par des particules Diffusion, sections efficaces, théorème optique. Approximation dipolaire. Polarisabilité. Cas particuliers (diffusion Rayleigh, diffusion de Mie, grosses particules) 2) Diffusion multiple Extinction par un nuage de particules. Balistique et diffus. Echelles de longueur. Champ moyen et champ fluctuant. Homogénéisation (exemple du milieu finement divisé) 3) Modèles de transport en diffusion multiple Equation de transfert radiatif. Méthode à deux flux. Approximation de la diffusion. Conductance radiative. Exemples d'application, imagerie 4) Speckle Statistique de l'intensité (Rayleigh). Modèle de lumière chaotique. Statistiques du second ordre. Corrélations spatiales et angulaires. Diffusion dynamique de la lumière (diffusion simple et diffusion multiple). Exemples d'application en imagerie (matière molle, vivant) 5) Techniques d'imagerie en milieux diffusants Tomographie par cohérence optique (OCT). Approches multi‐ondes (acousto‐optique, photo‐acoustique). Imagerie moléculaire (fluorescence)
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Principes physiques de l’ optique en milieux complexes. Outils de modélisation. Aperçu des méthodes d’imagerie.
Supports de cours : Polycopié + copies des diapositives utilisées en support du cours
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
NAT – Nanosciences et Nanotechnologies
Code du cours : NAT Nom du Cours: Nanosciences et Nanotechnologies Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Bruno Palpant Enseignant(s): F. Glas, S. Volz, Y. Chalopin, T. Antoni, B. Palpant
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100 Copie des diapositives
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels :
27 heures 24 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle :
Oral ou écrit (selon nombre d’étudiants) : analyse (en français) d’un ou plusieurs documents (articles, courbes, schémas, extraits…), suivie de questions
Objectifs : L’objectif du cours est de donner aux élèves des connaissances de base en nanosciences et nanotechnologies. Certains aspects seront particulièrement approfondis afin d’illustrer les propriétés et les applications liées au confinement à l’échelle nanométrique. Le cours aborde certaines techniques d’élaboration de nanostructures. Une introduction aux phénomènes physiques à l’échelle nanométrique et leurs applications est présentée, avec un accent sur l’énergie, les phénomènes de transport, la photonique. Les aspects fondamentaux sont exposés et placés dans une perspective d’applications. A l’issue de ce cours, les élèves auront une vue d’ensemble des enjeux, phénomènes, méthodes et applications liés aux nanosciences, et seront à même de transférer les connaissances acquises vers d’autres aspects non abordés durant le cours.
Prérequis : Ondes et optique, physique du solide, physique quantique, physique statistique, transferts thermiques
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
Nano‐objets et fabrication - Fabrication et techniques d’analyse - Nanostructures semi‐conductrices (boîtes et puits quantiques) - Nanotubes. Propriétés et applications
Nanosciences pour l’énergie - Thermoélectricité (conduction dans les super‐réseaux ‐ films ‐ fils)
Thermique en microélectronique (matériaux d'interface thermique ‐ conduction dans les nanotubes de carbone) - Photovoltaïque (rayonnement de champ proche ‐ plasmon de surface) - Stockage de données (rayonnement de champ proche, effets de pointe...)
Nanophotonique - Plasmonique. Confinement électronique dans les métaux : amplification de champ électromagnétique local,
applications optiques, nanoconversion lumière‐chaleur, optique non‐linéaire - Cristaux photoniques - Nanostructures luminescentes, sources de photons uniques
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Le cours vise à fournir le langage propre aux nanosciences en termes à la fois de concepts de la physique mésoscopique et de techniques de fabrication. A l’issue du cours, les élèves sont à même d’interagir avec des spécialistes. Ils sont également en mesure de choisir un domaine des nanosciences dans lequel approfondir ensuite leurs connaissances.
Supports de cours : copie des diapositives
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
OPE – Optoélectronique
Code du cours: OPE Nom du Cours: Optoélectronique Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Antoine GODARD Enseignant(s): Antoine GODARD, Pierre LECOY, Alexandre NEDELCU
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 24 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen écrit de 3h. Quelques exercices à la maison pris en compte dans la note finale
Objectifs : Aborder les différents aspects de l’optoélectronique moderne : 1) Fondements physiques (physique du solide et des ondes électromagnétiques), 2) Applications et composants actuellement industrialisés, 3) Concepts porteurs du futur.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : OPE 1‐2‐3 : Introduction : principes physiques (A. Godard). Rappels de physique du solide. Propriétés électroniques des semi‐conducteurs (transport dans les hétérostructures, rappels sur la jonction p/n). Propriétés optiques des semi‐conducteurs. OPE 4‐5 : Guides d’ondes et applications (A. Godard). Principes généraux du guidage optique. Cas du guide d’onde plan. Théorie des modes couplés (réseau de Bragg monodimensionnel et coupleur co‐directif). Exemples technologiques de guides d’onde plans et d’applications OPE 6‐7‐8 : Lasers semi‐conducteur à puits quantique (A. Godard). Rappels sur le gain et l’oscillation laser. Laser à semi‐conducteur. Exemples structures laser et présentations de quelques applications. OPE 9‐10 : Détection infrarouge / imagerie infrarouge (A. Nedelcu). Rayonnement infrarouge et imagerie. La chaîne optique dans le domaine infrarouge. Détecteurs infrarouge: généralités. Cameras infrarouge et acteurs industriels. Détecteurs thermiques : les microbolomètres. Détecteurs quantiques inter‐bande. Détecteurs quantiques intra‐bande. Applications infrarouge avancées OPE 11‐12 : Introduction à la nanophotonique (A. Nedelcu). Introduction: électromagnétisme, propriétés de la matière. Milieux de propagation. Sources optiques. OPE 13‐14 : Optique non linéaire (A. Godard). Principes physiques et équations de base de la conversion de fréquences optiques. ONL d’ordre 2. Présentation d’autres phénomènes (ONL ordre 3) et dispositifs pour l’optoélectronique. OPE 15‐16 : Fibres optiques, amplificateurs optiques à fibres (P. Lecoy). Propagation dans les fibres. Matériaux et technologie. Composants pour fibres. Amplificateurs optiques EDFA.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : ‐ Connaissance des principaux concepts physiques régissant l’optoélectronique (interaction lumière‐matière, couplage
d’onde, phénomènes de transport,…) et de comment ces briques de base sont mises en œuvre dans les applications et composants industriels actuels.
‐ Introduction aux concepts novateurs des composants futurs. ‐ Acquisition d’une bonne vision d’ensemble des différents aspects de l’optoélectronique moderne.
Supports de cours : Diapositives de cours fournies. Principaux calculs effectués au tableau avec les étudiants.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
SCE – Composants pour la micro et la nanoélectronique
Code du cours: SCE Nom du Cours: Composants pour la micro et la nanoélectronique Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Jérôme SAINT MARTIN Enseignant(s): Arnaud BOURNEL, Robert KUSZELEWICZ, Jérôme SAINT MARTIN
Langue d’enseignement Français
% Anglais
% Commentaires éventuels
Cours 100
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 70 30 Articles en anglais
Total Cours Travaux
dirigés Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 24 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen oral sous forme de commentaires d’articles de revues internationales.
Objectifs : Appréhender les évolutions technologiques de la microélectronique et de l'optoélectronique. En particulier, comprendre le fonctionnement des transistors CMOS qui sont les briques de base de l'électronique sur "puce" Silicium : mémoire, processeur, FPGA...
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
1. Les enjeux de la microélectronique 2. Rappels sur la physique des semiconducteurs 3. Transistor MOS et technologie CMOS 4. Composants MOS avancés 5. Technologies alternatives 6. Contexte et enjeux de la micro et nano‐optoélectronique 7. Interaction‐lumière‐matière 8. Les sources 9. les modulateurs 10. Les détecteurs
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension des concepts de base et du vocabulaire permettant de comprendre et critiquer les articles publiés dans les revues internationales.
Supports de cours : Diapositives de cours fournies et articles scientifiques.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
MPE – Matériaux pour l’Energie
Code du cours: MPE Nom du Cours: Matériaux pour l’énergie Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Gianguido Baldinozzi Enseignant(s): Serge Bouffard (Ganil), Christian Guizard (Saint Gobain), David Simeone (CEA), Dominique Gorse (X), …, Gianguido Baldinozzi
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours
TD
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc) 70 30
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 70 30 Articles en anglais
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 15 heures heures heures 9 heures 3 heures
Modalités de contrôle
Homework 50%. Final exam (oral presentation) 50%. Homework assignments will typically be posted at the end of each course and due at the start of the following class. Your homework will be graded both on correctness and on the quality of your written arguments Collaboration is an important component of your personal development, and you are encouraged to work with your classmates. Nevertheless, every member of a collaborative effort is expected to be an active contributor. The version of the homework that you turn in must be written in your own words and your own writing style, and you must fully understand the written arguments. Also, at the top of the homework assignment in which you collaborate, write the names of the people you worked with.
Objectifs : Actuellement, nous faisons face à une demande globale d’énergie en croissance rapide: son coût est à la hausse et il est donc impératif de trouver de sources relativement bon marché et de méthodes de production efficientes. Dans ce contexte, les découvertes récentes en sciences des matériaux sont à la base de l’importance croissante des matériaux dits fonctionnels. Ces matériaux vont permettre des progrès technologiques importants puisque les systèmes de haute technologie utilisent ces matériaux et ils sont à la base de la création d’activité dans les pays les plus développés. Ce cours a pour objectif de donner un aperçu des développements actuels dans certains domaines majeurs liés à la production de l’énergie. Pour chacun des sujets, le cours sera assuré par un expert actif dans la recherche sur ces matériaux.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : ‐ Introduction : Structure de la matière, défauts et non‐stœchiométrie, phénomènes de transport (conduction ionique et/ou électronique, lois de diffusion). ‐ Membranes, électrolytes et matériaux poreux. ‐ Les matériaux pour les cellules photo et électrochimiques (piles à combustibles, …). ‐ Matériaux du nucléaire : concepts de base, matériaux de structure, modérateurs, combustibles (MOX, …), vieillissement sous irradiation, centrales nucléaires de génération 4, nouveaux défis de la fusion (ITER, …) , stockage et traitements des déchets
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension des mécanismes physico‐chimiques ayant lieu dans les systèmes abordés dans le cours. Etre capable de définir la relation entre structure d’un matériau et sa fonctionnalité.
Supports de cours : Notes de cours, diapositives et des références de livres de la bibliothèque.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
NAB – Nanoparticules en biologie
Code du cours : NAB Nom du Cours: Nanoparticules en biologie Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Cécile SICARD Enseignant(s): Emilie BRUN, Marie ERARD, Cécile SICARD
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
amphi 100
PC
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels:
27 heures 24 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle:
Examen écrit de 3h. .
Objectifs: Les nanoparticules sont devenues un outil incontournable pour la biologie, que ce soit en imagerie, vectorisation ou thérapie par exemple. L’objectif de ce cours est de permettre aux étudiants d’acquérir une vision d’ensemble des applications en biologie des nanoparticules. Ils seront d’abord initiés aux méthodes de synthèse et de caractérisation physico‐chimique des nanoparticules. D’autre part, leurs applications en biologie seront abordées afin de montrer l’apport supplémentaire de ces nouveaux objets. Pour cela, les connaissances de base sur la vectorisation de médicaments, la thérapie et l’imagerie seront apportées. Ensuite, les apports des nanoparticules seront présentés ainsi que les processus physiques mis en jeu. Pour prendre en compte les contraintes pour une application en biologie, la biodistribution et toxicité des particules seront analysées. Un point sera également fait sur les perspectives d’application industrielle des nanoparticules.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés: 1. Rappels de biologie (le vivant, la cellule, la cellule cancéreuse) 2. Synthèse de nanoparticules (chimique, sonochimique, radiolytique) et caractérisations physico‐chimiques 3. Synthèse de ligands, vectorisation et transport de médicaments 4. Notions de thérapie (rayonnement ionisant) et utilisation des nanoparticules en thérapie (radiosensibilisationn hyperthermie) 5. Application en imagerie 6. Notions de toxicologie, biodistribution et toxicité des nanoparticules
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension de quelques méthodes de synthèse des nanoparticules et des concepts nécessaires à leur utilisation en biologie.
Supports de cours: Diapositives de cours fournies et articles scientifiques.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
MMO – Matière molle
Code du cours : MMO Nom du cours: Matière molle Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
David Quéré Enseignant(s): David Quéré, Vance Bergeron, Sylvie Cohen‐Addad
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc)
Polycopiés
Enoncés (exercices, tests et contrôles)
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels:
27 heures 24 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle:
Examen écrit sur une analyse de documents scientifiques.
Objectifs: Il s’agit d’introduire quelques concepts clés de la Matière Molle, et de montrer le caractère pluridiscplinaire de cette science, entre physique, chimie et mécanique, d’une part, mais aussi entre fondamental et appliqué. Au‐delà de cette introduction, nous souhaitons aussi familiariser les étudiants aux outils méthodologiques de la matière molle (approches en lois d’échelle, raisonnement en ordre de grandeur, etc.).
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés:
Surfaces (gouttes, bulles, films).
Tensioactifs.
Fluides complexes (solutions de polymère, mousses).
Eléments de dynamique.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : S’être familiarisé avec cette science nouvelle pour les étudiants, et ses modes de pensée. Intérêt d’un positionnement fondamental/appliqué.
Supports de cours: Cours au tableau, avec fort support expérimental (manips de cours, films, etc.).
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
MSU – Magnétisme et supraconductivité
Code du cours: MSU Nom du Cours: Magnétisme et supraconductivité Semestre: 1
Professeur(s) Responsable(s) :
Eric VINCENT Michel ROGER
Enseignant(s): Eric VINCENT Michel ROGER
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
Visuels (Powerpoint, etc) 50 50
Polycopiés 80 20
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 30 70 Articles en anglais
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 24 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Exposé d’une demi‐heure + 15 mn de réponses à des questions, sur un sujet de recherche d’actualité, en rapport avec le cours et après études de documents et visite d’un laboratoire. Les exposés ont lieu en présence des deux professeurs et de tous les étudiants de l’option. Les étudiants sont aussi jugés sur leurs questions et réactions par rapport aux exposés de leurs camarades.
Objectifs : Magnétisme : Clarifier les concepts de base du magnétisme des matériaux. Comprendre les effets de transport dépendant du spin. Découvrir les phénomènes de magnétisme liés à l’échelle nanométrique : magnéto‐résistance géante des multicouches, effet tunnel d’électrons polarisés en spin, vannes de spin, nanoparticules magnétiques, transfert de spin. Prendre conscience des enjeux technologiques : capteurs magnétiques, enregistrement, mémoires M‐RAM, génération d’oscillations hyperfréquence, etc. Supraconductivité: Comprendre les mécanismes fondamentaux de la supraconductivité « conventionnelle » des métaux et principaux alliages (NbTi, Nb3Sn, ….) supraconducteurs à basse température. Etudier leurs applications pour la production de forts champs magnétiques utilisés en Imagerie par Résonance Magnétique, pour les grands accélérateurs de particules (CERN) et le confinement d’un plasma (Projet ITER). Comprendre l’effet Josephson, le principe d’un SQUID et des applications à la mesure de faibles champs magnétiques (de l’ordre du pico‐Tesla.). Introduction aux nouvelles céramiques supraconductrices à haute température critique. Enjeux théoriques : quelques idées élémentaires seront introduites, sans entrer dans les détails des différents concepts qui sont encore loin d’avoir obtenu l’unanimité de la communauté scientifique. Perspectives d’utilisation de ces nouveaux supraconducteurs.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : Magnétisme : Magnéto‐résistance géante (GMR) de super‐réseaux magnétiques (étude et discussion de la publication fondatrice de Fert en 1988). Utilisation de la GMR pour les capteurs magnétiques et le stockage magnétique de l’information. Rappels de paramagnétisme. Superparamagnétisme des nanoparticules (extension du paramagnétisme au cas des nanoparticules). Rappels sur ferromagnétisme, domaines et parois. Vannes de spin, jonctions tunnel magnétiques, réseaux de vannes de spin: mémoires M‐RAM. Phénomènes liés au transfert de spin : renversement d’aimantation, génération d’oscillations hyperfréquence. Manipulation du spin par un champ électrique : interaction spin‐orbite, effet Rashba. Supraconductivité : Effet Meissner. Equations de London. Quantification du flux, effet Josephson, fonctionnement d’un SQUID à courant continu. Théorie de Bardeen‐Cooper‐Schrieffer (avec un complément préalable de mécanique quantique). Thermodynamique des supraconducteurs de Types I et II. Cuprates supraconducteurs à haute température critique, propriétés magnétiques et supraconductrices. Modèle de Hubbard. Caractéristiques physiques qui différencient les nouvelles céramique supraconductrices des supraconducteurs métallique s conventionnels (aspect bidimensionnels, symétrie du paramètre d’ordre)
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Avoir en tête les concepts fondamentaux de magnétisme et de supraconductivité. Etre capable de comprendre un séminaire ou un article de recherche sur ce sujet. Avoir conscience des enjeux technologiques associés et des principales voies en cours d’exploration.
Supports de cours : Fichiers Powerpoint des diapositives utilisées pour illustrer le cours, en magnétisme fichiers Word des notes de travail du professeur, en supraconductivité cours polycopié. Articles en anglais portant sur des extensions du cours, pour la préparation de l’examen.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
DFL – Dynamique des fluides ; instabilités, chaos et turbulence
Code du cours: DFL Nom du Cours: Dynamique des fluides ; instabilités chaos et turbulence Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Anouar SOUFIANI Enseignant(s): Anouar SOUFIANI
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD 100
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100 Notes de cours
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 15 heures 9 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen final écrit ou oral (selon nombre d’élèves et affinité).
Objectifs : • Comprendre et pouvoir modéliser les écoulements turbulents rencontrés dans la nature et dans les applications industrielles (échelles caractéristiques, distribution spectrale de l’énergie, différents types de modèles, ..) • Analyser les mécanismes physiques à l’origine des instabilités dans les fluides. • Savoir manipuler des outils interdisciplinaires comme l’analyse de stabilité, l’étude de systèmes dynamiques (bifurcations, chaos,..).
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : • Instabilités primaires ‐ Description physique des instabilités dans les fluides ‐ Méthodes d’analyse de stabilité : méthode énergétique, analyse en modes normaux ‐ Application aux instabilités de Kelvin‐Helmoltz, Rayleigh‐Bénard, Taylor‐Couette, … • Transition vers le chaos temporel ‐ Dynamique des systèmes non‐linéaires en faible dimension ‐ Bifurcations, attracteurs, attracteurs étranges et chaos ‐ Différents scénarios de transition vers le chaos • Turbulence pleinement développée ‐ Mécanismes physiques de transfert d’énergie entre différentes échelles ‐ Turbulence homogène isotrope, étude des tenseurs de corrélations, théorie de Kolmogorov, spectre d’énergie ‐ Échelles caractéristiques de longueurs et de temps (intégrales, de Taylor, de Kolmogorov) ‐ Structure d’une couche limite turbulente. ‐ Notions sur la modélisation de la turbulence : Modèles RANS et LES.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : • Pouvoir déterminer les échelles caractéristiques dans un écoulement turbulent. • Avoir des bases solides en amont de la modélisation de la turbulence • Savoir prédire des seuils critiques d’instabilités • Pouvoir caractériser un système chaotique
Supports de cours : Présentations powerpoint, notes manuscrites de cours
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
PAR – Particules et symétries
Code du cours : PAR Nom du Cours: Particules et symétries Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Nathalie Besson Enseignant(s): Nathalie Besson, Jean‐Marc Le Goff
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
amphi 100 %
PC
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100 %
Polycopiés 100 % Pas de polycopié cette année mais les supports de cours en ligne sur claroline
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100 %
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels:
27 heures 24 heures 0 heure 0 heure 3 heures
Modalités de contrôle:
1 examen écrit de 3 h.
Objectifs: Domaine de la recherche fondamentale, la physique des particules élémentaires s'attache à décrire les interactions entre particules et champs et trouve par conséquent des applications dans tous les domaines de la physique impliquant électromagnétisme, physique nucléaire, interaction lumière‐matière etc... L'objectif de ce cours est de donner des notions de théorie quantique des champs permettant de comprendre la construction du modèle standard de la physique des particules. Seront abordées les trois interactions fondamentales pertinentes : électromagnétique, faible et forte. Le modèle standard dans son ensemble sera présenté, en insistant sur la partie électrofaible et donc sur le boson de Higgs, récemment observé au CERN.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés: 1. Introduction : présentation historique des interactions fondamentales, particules et symétries. 2. Notions de théorie des groupes, groupes et algèbres de Lie 3. U(1) : équation de Dirac et électromagnétisme 4. SU(2) : interaction faible 5. Brisure de symétrie électrofaible, mécanisme et boson de Higgs 6. et 7. SU(3) interaction forte, modèle des quarks 8. Modèle standard et au‐delà 9. Contrôle Concepts clés : particules, champs, symétries.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Notions en théorie quantique des champs, vue d’ensemble de la physique des particules élémentaires.
Supports de cours: Supports de cours en ligne.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
FEL – Ferroélectricité
Code du cours: FEL Nom du Cours: Ferroélectricité Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Brahim DKHIL Enseignant(s): Benoit FROLICH (Schlumberger), Igor KORNEV, Brahim DKHIL
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100 Si étudiant
TD Expériences + simulation
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés
Enoncés (exercices, tests et contrôles) Articles en anglais
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 21 heures heures 6 heures heures heures
Modalités de contrôle
continu
Objectifs : Ce cours concerne les matériaux diélectriques présentant une polarisation électrique spontanée dont la direction peut être ré‐orientée par l’application d’un champ électrique externe. Ces matériaux sont dits ferroélectriques et sont l’analogue des ferromagnétiques dont l’aimantation est renversable sous l’effet d’un champ magnétique. Au‐delà du ferroélectrique classique, il existe des variantes plus exotiques que sont les paraélectriques quantiques, les verres de dipôles, les relaxeurs ou encore les multiferroiques. Ces matériaux sont utilisés dans un grand nombre d’applications telles que les mémoires non volatiles dans les FRAM, les capteurs dans les têtes de forage pétrolier, les actionneurs dans l’automobile, les filtres dans les téléphones mobiles, …. et de nouvelles fonctionnalités sont envisagées dans des domaines aussi variés que la spintronique, le photovoltaique, … Ce cours a pour objectif de faire un état‐de‐l’art de ce qui est fait dans ce domaine très actif de la matière condensée. Les outils et démarches qui y seront développés seront applicables tout matériau à propriétés remarquables telle que la supraconductivité, la magnétorésistance géante, le ferromagnétisme, …. Cet enseignement s’organise autour de cours magistraux, de séances de modélisation et d’expérimentation afin de couvrir l’ensemble des aspects fondamentaux et appliqués.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1. Introduction aux ferroélectriques (historique, origines de la polarisation, mesures, outils de caractérisation …) 2. Transitions de phase (ordre‐desordre, displacive, théorie de Landau, …) 3. Ferroélectriques exotiques (relaxeur diélectrique, transition de point zéro, état « vitreux, …) 4. Effet de taille (champ dépolarisant, contrainte épitaxiale, …) 5. Phénomènes de couplage (électromécanique, magnétoélectrique, photostrictif, photovoltaique, ..) 6. Modélisation des ferroélectriques (approche LGD, ab initio, hamiltonien effectif,…) 7. Applications (piézoélectriques dans le domaine de l’énergie : récupérateurs d’énergie, transducteurs dans la téléphonie mobile, capteurs dans les puits de forage, …)
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension des phénomènes microscopiques mis en jeu, transfert des outils/compétences dans d’autres domaines, outils de caractérisation et de modélisation.
Supports de cours : Diapositives de cours, articles scientifiques, outils de caractérisation expérimentale et numérique.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
DFT – Structure électronique : méthodes avancées
Code du cours : DFT Nom du Cours: Structure électronique : méthodes avancées (DFT) Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Pietro CORTONA Enseignant(s): Pietro CORTONA
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 24 heures heures heures heures ½ h par élève
Modalités de contrôle
Exposé (durée approximative : 1⁄2h) relatant le contenu d’un article tiré de la littérature scientifique sur le sujet. Aucun contrôle des connaissances intermédiaire n’est prévu.
Objectifs : Expliquer comment on met en œuvre une moderne méthode « ab initio » de calcul de la structure électronique. Notamment on discutera : • Comment on peut prendre en compte l’interaction entre les électrons au moyen de la théorie de la fonctionnelle de la
densité (DFT) • Comment la méthode des pseudopotentiels permet d’utiliser les ondes planes comme ensemble de base afin de
calculer la structure de bandes d’un cristal.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : Partie I (DFT) • Théorie de Slater (1951) : interprétation physique de l’opérateur de Fock ; notion de « trou d’échange ; équation de
Slater. • Corrélation électronique et sa détermination par les méthodes de la chimie quantique. • Théorèmes de Hohenberg et Kohn : formulation d’origine (1964) et formulation de Levy (1979). • Approximation de Thomas‐Fermi. • Théorie de Kohn et Sham (1965) : concept de système « fictif » ; équation de Kohn et Sham ; signification physique des
résultats obtenus par l’équation de Kohn et Sham. • Approximation locale (LDA). • Compléments : théorème de Janak ; état de transition de Slater. • Concept de trou d’échange et corrélation. Matrices densité ; trou d’échange‐corrélation en mécanique quantique
standard ; trou d’échange et corrélation en DFT. • Analyse de l’approximation locale en termes de trou d’échange et corrélation. Premières approximations non‐locales. Partie II. (Pseudopotentiels) • Difficultés de l’usage des ondes planes dans les calculs de bandes. Méthode des ondes planes orthogonalisées (OPW). • Formulation de la méthode OPW en termes de pseudopotentiels. • Proprietés des pseudopotentiels. Non unicité de la pseudo fonction d’onde. Non unicité du pseudopotentiel • Pseudopotentiel « optimal » ; « théorème de l’effacement » ; pseudopotentiels empiriques • Les pseudopotentiels modernes : pseudopotentiels qui « conservent la norme »
Savoir‐faire acquis en fin de cours : La maîtrise des concepts de base de la théorie de la fonctionnelle de la densité et des pseudopotentiels doit permettre aux élèves de s’orienter et de consulter avec profit la vaste littérature scientifique sur ces sujets. Ils pourront devenir rapidement opérationnels dans un domaine de recherche centré sur la structure électronique.
Supports de cours : Parr et Yang, Density-functional theory of atoms and molecules, Oxford University Press (1989)
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
MEP – Milieux hors équilibre-plasmas
Code du cours: MEP Nom du Cours: Milieux hors équilibre ‐ plasmas Semestre: S9
Professeurs Responsables :
Marie Yvonne PERRIN Christophe LAUX
Enseignant(s): Marie Yvonne PERRIN Christophe LAUX
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours
TD
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc) 50 50
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 21 heures 3 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen écrit de 3h.
Objectifs : L’objectif de ce cours est d’acquérir les notions de base permettant d‘appréhender les milieux plasmas ainsi que les milieux hors équilibre qui interviennent dans de nombreuses applications aussi bien technologiques (démonstrateur de fusion ITER, combustion assistée par plasma, contrôle d’écoulements, médecine plasma, rentrée atmosphérique,…) que naturelles puisque les plasmas représentent plus de 99% de l’univers visible.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
• Introduction aux plasmas : phénomènes collisionnels et radiatifs, paramètres caractéristiques des plasmas
• Introduction aux plasmas de fusion
• Plasmas froids : types de décharges, description fluide, propriétés, applications industrielles
• Plasmas de rentrée atmosphérique
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Notions clés nécessaires à la compréhension et la modélisation des phénomènes régissant le comportement physique des milieux hors équilibre et panorama des applications industrielles des plasmas.
Supports de cours :
• Diapositives de cours fournies.
• Partially Ionized Gases, M. Mitchner, Charles H. Kruger Jr.,Wiley series in plasma physics, 1992, M.A.
• Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, M.A. Lieberman and A.J. Lichtenberg, , John Wiley and Sons, New York, 1994
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
PCQ – Physico-Chimie Quantique
Code du cours: PCQ Nom du Cours: Physico‐Chimie Quantique Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Pietro CORTONA Enseignant(s): Pietro CORTONA
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc)
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 25 heures heures heures heures 2 heures
Modalités de contrôle
Examen final écrit, sans documents. Durée 2h.
Objectifs : Apprentissage des méthodes permettant la description qualitative et quantitative de la structure électronique atomique et moléculaire. Introduction à l’étude de la spectroscopie moléculaire.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés :
Rappels et compléments sur la méthode variationnelle : développement sur une base, théorème de MacDonald, déterminant de Slater, approximation de Hartree et de Hartree‐Fock. Exemples d’applications.
Rappels et compléments sur les moments cinétiques : liaison entre les moments cinétiques et les rotations, addition des moments cinétiques, spin.
Structure électronique des atomes : configurations électroniques, couplage L‐S et termes spectroscopiques, interaction spin‐orbite et structure fine des niveaux énergétiques.
Approximation de Born‐Oppenheimer. Etats électroniques des molécules : méthode de la liaison de valence et méthode des orbitales moléculaires. Molécules diatomiques homo‐ et hétéro‐nucléaires.
Vibrations et rotations des molécules. Effets liés au couplage entre les rotations et les vibrations.
Spectroscopie des molécules diatomiques.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Maîtrise des concepts et des techniques de base nécessaires afin d’étudier la structure électronique des atomes et des molécules.
Supports de cours : Des notes de cours très détaillées sont mises à disposition des élèves sous forme de fichiers pdf à récupérer sur internet. La consultation d’ouvrages standards de mécanique quantique et de livres de Slater tels que « Quantum theory of molecules and solids » ou « Quantum structure of the matter » est vivement recommandée.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
IMB – Introduction aux Méthodes d'Analyse pour la Biologie
Code du cours : IMB Nom du cours: Introduction aux Méthodes d'Analyse pour la Biologie Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Jean‐Luc ZIMMERMANN Enseignant(s): Jean‐Luc ZIMMERMANN
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc)
Polycopiés
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels:
27 heures 24 heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle:
Contrôle écrit de 3h
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés: 1. Spectroscopie UV/Vis : Etats électroniques, transitions électroniques des molécules. Energies mises en jeu. Domaine de longueur d’onde. Spectres d’absorption UV/Vis. Applications en biologie. Mesure des concentrations. Loi de Beer‐Lambert. Chromophore. Caractéristiques d’une transition électronique. Principe de Franck‐Condon. Transitions � � �*, transitions d ‐ d. Bandes de transfert de charges. Paramètres d’un spectre d’absorption. Bandes d’absorption des chromophores : bases des acides nucléiques, acides aminés, liaison peptidique, groupes prosthétiques. Spectrophotomètre d’absorption double faisceau. Spectres de différence. Décalages vers le rouge, vers le bleu. Identification des molécules à partir des spectres d’absorption. Correction de la diffusion. Point isobestique. Ionisation des tyrosines. Effet du solvant sur les spectres : accessibilité des chromophores au solvant. Fixation de ligand : fixation du NADH sur la glycéraldéhyde‐3‐phosphate déshydrogénase. Suivi de la biosynthèse de la �‐galactosidase au spectrophotomètre d’absorption. Spectres d’absorption des acides nucléiques : hyperchromicité et hypochromicité. Absorption électronique et lumière polarisée : dichroïsme circulaire (CD). Spectres CD et structure des macromolécules biologiques. 2. Spectroscopie infra‐rouge (IR) : Domaine spectral de la spectroscopie IR. Vibrations moléculaires. Mesure d’un spectre IR. Cellules IR. Utilisation de D2O. Interféromètre de Michelson. Principe et intérêt de l’IRTF. Bases physiques de spectres. Molécule diatomique : loi de Hooke. Potentiels harmonique et anharmonique. Potentiel de Morse. Quantification des niveaux d’énergie vibrationnelle. Masse réduite. Transition entre niveaux vibrationnels. Cas des molécules polyatomiques. Modes normaux. Modes d’élongation, de déformation et de torsion. Spectres de vibration des molécules polyatomiques : fréquence de groupe. Bandes Amide A, Amide I et Amide II des protéines. Relation avec la structure secondaire des protéines. Transition hélice‐�/feuillet‐� de la protéine prion. Effet des liaisons hydrogène. Spectrométrie différentielle. Spectres de vibration et spectroscopie Raman. 3. Spectroscopie de Fluorescence Phénomène de fluorescence. Echelles de temps des phénomènes d’absorption et d’émission. Fluorophore. Propriétés des spectres d’excitation et d’émission. Temps de déclin de fluorescence. Rendement quantique. Spectrofluorimètre, monochromateurs d’excitation, d’émission. Mesure du déclin de fluorescence. Fluorophores intrinsèques et extrinsèques, sondes fluorescentes. Effets de l’environnement sur �max: fluorescences du tryptophane et de l’ANS. Mesure de la polarité. Effet de l’environnement sur le rendement de fluorescence. Fixation du bromure d’éthidium sur l’ADN double brin. Effet de l’environnement sur le déclin de la fluorescence. Décomposition en plusieurs exponentielles. Effet de filtre interne. Processus d’atténuation de fluorescence. Atténuateurs de fluorescence: iodure, oxygène, acrylamide. Exemple: atténuation de la fluorescence du lysozyme par l’oxygène dissous. Atténuation dynamique, atténuation statique. Equation
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
de Stern‐Volmer. Polarisation de fluorescence. Mesure du phénomène. Polarisation intrinsèque. Dépolarisation et mesure du mouvement des fluorophores. Loi de Perrin. Mesure du volume de la sphère équivalente. Mesure de la sphère équivalente d’un anticorps fluorescent. Transfert d’énergie par résonance. Donneur et accepteur d’énergie. Loi de Förster. Détermination des distances entre chromophores. Autres applications : marquage de cellules, recouvrement de fluorescence après photoblanchiment. Tri de populations cellulaires: cytométrie en flux. 4. Spectrométrie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) : Spin et moment magnétiques nucléaires. Comportement dans un champ magnétique. Phénomène de la RMN. Noyaux étudiés en biologie. Fréquence de Larmor. Sensibilité de la RMN. Aimantations longitudinale et transversale. Principe et mesures de la RMN. RMN et transformée de Fourier. Déplacements chimiques. Effet d’écran et des courants de cycle. Blindage et déblindage. Couplage scalaire et multiplicité des raies. Couplage J1, J2 et J3. Loi de Karplus. Couplages homonucléaires et hétéronucléaires. RMN du
1H des molécules organiques simples. Interprétation des spectres. Relaxation
des spins et largeurs des raies. Origine de la relaxation des spins. Temps de relaxation T1 et T2. Temps de corrélation de rotation �C. Effet de la taille des molécules, de la viscosité et de la température. Effet Overhauser nucléaire (nOe) et dépendance 1/r
6. RMN multidimensionnelle. Connectivités. Spectroscopies COSY et NOESY. Sensibilité et résolution.
Déplacements chimiques des 1H des acides aminés. Spectres RMN
1H d’une protéine. Principes d’attribution des raies.
Détermination de la structure tridimensionnelle par RMN 2D. Echange des protons. Etude du repliement des protéines; exemple: le cytochrome c. Echange chimique et fluctuations structurales: coalescence des raies. Inversion des cycles (exemples: spectres RMN du cyclohexane et de la phénylalanine). RMN du
1H de l’opéron lactose. Titrage des histidines:
étude de la barnase de Bacillus amyloliquefaciens. Structure et dynamique du BPTI. Etude de sites actifs: la dihyfrofolate réductase de Lactobacillus casei étudiée par RMN de
1H et
31P. Structure des acides nucléiques et RMN du
1H et du
31P.
Appariement des bases et RMN 1H. RMN et fusion de l’ADN. Etude des interactions ADN‐protéine par spectroscopie
NOESY. Principes et applications de l’imagerie par fluorescence. 5. Spectrométrie de Masse : Principe de la spectrométrie de masse. Ionisation, fragmentation. Spectromètre de masse à déflection magnétique. Effet des isotopes. Méthodes d'ionisation. Espèces détectées en spectrométrie de masse. Mesure de la masse moléculaire des protéines et détermination des structures. Spectrométrie FAB (Fast Atom Bombardment), CID (Collision Induced Dissociation). Spectrométrie par électrospray (ES). Calcul de la masse moléculaire. Détermination d'une phosphorylation post‐transcriptionnelle: le phytochrome A d'avoine. Analyseur Temps de Vol. Spectrométrie MALDI/ToF.
Savoir‐faire acquis en fin de cours :
Supports de cours:
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
POG – Physics Applications in Oil & Gas Exploration and Production
Code du cours: POG Nom du Cours: Physics Applications in Oil and Gas Exploration and Production
Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Martin G. Lüling Patrice Ligneul
Enseignant(s): Martin G. Lüling Patrice Ligneul (mécanique de fluides)
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 50 50 Selon les préférences des étudiants
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100 Articles en anglais
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
24 heures 24 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle A décider. Peut‐être examen écrit à domicile ?
Objectifs : Apprendre sur les méthodes en physique de mesures en distance (sondages non‐destructifs) utilisant des domaines variés de physique: élastodynamique (acoustique), physique nucléaire, électrodynamique, mécanique de fluide et autres domaines.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1. Acoustique : sismique, son, ultrason 2. Physique nucléaire
2.1 concepts fondamentaux 2.2 radioactivité naturelle 2.3 densité a base de mesures gamma‐gamma 2.4 porosité et mesures de neutrons 2.5 pétrochimie a base de mesures nucléaires
3. Électromagnétisme 3.1 concepts fondamentaux 3.2 méthodes galvaniques 3.3 méthodes inductives 3.4 mesures profondes 3.5 utilisation en contrôle des trajectoires de forage
4. Mécanique de fluide et physique thermique (thermodynamique et transport de chaleur) 5. Autres méthodes de physique : gravimétrie, résonance magnétique nucléaire, optique, navigation de trajectoires
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension de la gamme des méthodes et appareils de mesures physiques utilisés pour trouver et produire des hydrocarbures : pétrole et gaz.
Supports de cours : Diapositives de cours fournies et articles scientifiques.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
AST – Des étoiles aux planètes
Code du cours: AST Nom du cours: Des étoiles aux planètes Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Roland Lehoucq Eric Pantin
Enseignant(s): Roland Lehoucq Eric Pantin
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 100
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
27 heures 24 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen écrit de 3 heures
Objectifs : Pourquoi les étoiles brillent‐elles ? Quel est leur destin ? Ont‐elles toujours existé ? Ce cours s’intéressera l’évolution stellaire de la naissance à la mort des étoiles, avec un bonus sur la formation des planètes. Nous aborderons les aspects théoriques de ces questions mais aussi ceux qui relèvent des observations, toujours en restant à un niveau relativement élémentaire. L’une des particularités de ce cours est de brasser de nombreux thèmes de physique (physique nucléaire, physique statistique, gravitation, relativité restreinte, hydrodynamique, interaction matière‐rayonnement, thermo‐dynamique) et une large gamme de phénomènes.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1. Cohésion et stabilité d’une étoile (Théorème du viriel et ses conséquences) 2. Premier modèle stellaire (Polytrope, équation de Lane‐Emden) 3. L’énergie d’une étoile (Production, bilan, transport) 4. Thermodynamique des intérieurs stellaires (Gaz parfait, gaz dégénéré, gaz relativiste, gaz de photons) 5. Existe‐t‐il des étoiles de toute masse ? (Masse minimum et maximum d’une étoile) 6. Les astres dégénérés (Naine blanche et étoile à neutrons) 7. Observations et méthodes utilisées en astrophysique (spectroscopie, interférométrie, détection IR, traitement du signal, ...) : applications aux étoiles, aux disques protoplanétaires, aux nuages interstellaires et aux exoplanètes.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Utiliser et emboîter des notions de physique variées, manipuler les ordres de grandeurs avec aisance, décrire le cycle de la matière stellaire, …
Supports de cours : Diapositives de cours fournies.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
EIM – Enjeux Industriels de la Métrologie
Code du cours: EIM Nom du Cours: Enjeux industriels de la métrologie Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Franck BIELSA Enseignant(s): Franck BIELSA, Patrick PINOT
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Cours 100
TD
Classe intégrée
Visuels (Powerpoint, etc) 100
Polycopiés 100
Enoncés (exercices, tests et contrôles) 10 90 Articles en anglais
Total Cours Travaux dirigés
Travaux pratiques
Conférences Contrôles
Volumes horaires annuels
15 heures 12 heures heures heures heures 3 heures
Modalités de contrôle
Examen oral d’environ 20 minutes par étudiant.
Objectifs : La métrologie intervient dans tous les secteurs de l’industrie. La diversité de ses enjeux est aussi vaste que les domaines concernés. Ceux‐ci peuvent résider dans des aspects économique, sécurité, et bien d’autres encore. Ce cours a pour but de dispenser les notions et les outils de base de la métrologie industrielle et légale. Les rôles des différents organismes régissant le domaine aux échelles française et mondiale seront également détaillés. L’ensemble de ces notions sera illustré d’exemples pratiques.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés : 1. Le système international d’unités et sa mise en pratique. 2. Références de mesures et dissémination. 3. Les différents organismes et leurs rôles. 4. Accréditation et traçabilité. 5. Evaluation des incertitudes de mesures. 6. Le système international d’unités et les constantes fondamentales.
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Compréhension des méthodes d’évaluation d’incertitude. Connaissance de l’organisation générale de la métrologie.
Supports de cours : Diapositives de cours fournies et articles scientifiques.
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
ERD – Etudes de cas en R&D
Code du cours : ERD Nom du cours: Etudes de cas en R&D Semestre: S9
Professeur(s) Responsable(s) :
Bruno Palpant Enseignant(s): F. Mosca (Ixblue), J. Kherroubi et F. Legendre (Schlumberger), P. Bondavalli (Thales TRT)
Langue d’enseignement Français %
Anglais %
Commentaires éventuels
Classe intégrée 100
Visuels (Powerpoint, etc)
Polycopiés
Enoncés (exercices, tests et contrôles)
Total Amphis Petites classes
Travaux pratiques
Contrôles
Volumes horaires annuels:
12 heures 12 heures heures heures heures
Modalités de contrôle:
Présence aux cours validée
Objectifs: Cette activité illustre le concept de « physique pour l’innovation technologique » puisqu’elle présente, à travers trois exemples, comment la physique peut répondre à des enjeux industriels, de l’expression du besoin initial au produit fini.
Programme de l’enseignement et concepts‐clés abordés:
Le Sonar à Antenne Synthétique : de la recherche amont au produit On estime que seul 10% des fonds océaniques sont connus à ce jour. Nous avons une meilleure connaissance des surfaces de Mars et de Vénus que de la Terre. Pourtant l’exploration des fonds océaniques relève d’enjeux cruciaux comme une meilleure compréhension du fonctionnement thermodynamique de la Terre, une meilleure modélisation de la biomasse, l’exploitation de ses ressources minières ou d’hydrocarbures ou enfin la protection des eaux territoriales. L’objet de ce cours est de présenter la conception et le développement d’un système dit de Sonar à Antenne Synthétique (SAS) dédié à l’imagerie des fonds océaniques, depuis le concept théorique jusqu’au lancement commercial en passant par la réalisation pratique et la validation expérimentale. Dérivé des méthodes radar, le SAS consiste à profiter de l’avancement du porteur pour « synthétiser » une antenne acoustique beaucoup plus grande (typiquement d’un facteur 10), que l’antenne physique. Les performances du sonar en sont ainsi améliorer : meilleur taux de couverture, résolution constante sur la fauchée, géopositionnement des pixels. Ce cours sera découpé de la manière suivante :
- Contexte et état de l’art - Théorie du sonar à antenne synthétique - Physique du milieu et dimensionnement du sonar - Physique des capteurs auxiliaires : gyroscope à fibre optique, positionnement acoustique, accéléromètre à
quartz, log Doppler acoustique - De la maquette au produit : l’histoire d’un développement - Quelques leçons à en tirer…
Dielectric Dispersion for oilfield petrophysical measurement. Most of the electromagnetic measurements developed by Schlumberger operate at relatively low frequency, 100 kHz or less. At these frequencies, the dielectric properties of the rocks can be ignored, thereby simplifying the interpretation. Above these frequencies, dielectric properties play an increasing important part, so that it is possible to measure not only the conductivity but also the dielectric permittivity of the formation. This is potentially of great interest since one component of rocks ‐ water ‐ has a far higher permittivity than other component. A device that measures dielectric permittivity is therefore sensitive to the amount of water and can distinguish it from oil to gas. SRPC, the Schlumberger technology center located in Clamart, has just developed a new generation dielectric tool that offers continuous measurement of dielectric dispersion in a microwave frequency range. The presentation covers the following topics:
Ecole Centrale Paris Option Physique et Applications
1. Schlumberger general presentation 2. General log interpretation with a focus on resistivity measurements. 3. Dielectric Tool development:
a. Physics of the tool b. Link between the physics measurement and the petro‐physical evaluation of near‐borehole formation. c. Algorithms development for interpretation easiness
Nanomaterial deposition using an original deposition technique for different kinds of applications (sensors, supercapacitors, spintronics)
The exploitation of the properties of nano‐objects and nanomaterials to achieve devices with improved performances and new functionalities is one of the most important challenges of this new century. Carbonaceous nanomaterials (CNTs, graphene) are extremely interesting materials for new kind of applications in very different field such as nanoelectronics, spintronics, thermal management, flexible electronics or nanocomposites. However, despite the very promising results, it is difficult to identify in the real life devices exploiting in an optimal way the physical and chemical properties of these relatively new nanomaterials. The main issues are the organisation and the way to handle them correctly which is a greatly difficult and laborious work. At Thales we proposes a new approach that will permit to realize finely tuned layers of nanomaterials in terms of composition, distribution and thickness. This approach is based on a new deposition method based on a spray‐gun dynamic technique of carbonaceous nanomaterials solutions. This method has been developed at Thales Research and Technology (TRT), in case of fabrication of Carbon Nanotubes based Field Effect Transistors for sensing applications using Single‐Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) mats as channel. In this context, TRT was able to achieve arrays of CNTFETs with reproducible and ad‐hoc tailored electronics characteristics controlling in a very finely way the density of SWCNTs deposed and the uniformity of their distribution. In this contribution we will present all the potential applications in Thales : supercapacitors, spintronics, sensors. Moreover we will show how we are arrived to develop this technique. Short summary:
- the carbonaceous nanomaterials - how we have developed the deposition technique - the main first application - the patent - the other applications and related patents - the research projects and the way to build them
Savoir‐faire acquis en fin de cours : Etre familier avec les démarches d’innovation industrielle basées sur des savoirs et savoir‐faire en physique fondamentale
Supports de cours: variable.