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ECOLE CENTRALE PARIS Option Physique et Applications Programme des enseignements 2012-2013

Option Physique et Applications la probabilité d’occurrence d’une diffusion ou d’une absorption. Maîtriser la base du fonctionnement des principaux types de lasers. Connaitre

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ECOLE CENTRALE PARIS

Option Physique et Applications

Programme des enseignements

2012-2013

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. 

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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.