L2 Physique

Analyse de Fourier pour les Sciences - Math256 (7 crédits)

Volume Horaire : Cours : 30h ; TD : 45h ;

Compétences : Techniques d'analyse pour la physique : suites, intégrales généralisées, séries, séries entières, de Fourier, notions hilbertiennes, transformée de Fourier.

Description : Séries numériques et séries de fonctions : séries de fonctions normalement convergentes; propriétés de la somme. Séries entières ; Exemples de développement de fonctions en série entière; lien avec certaines équations différentielles. Séries de Fourier. Exemples d'équations aux dérivées partielles. Transformée de Fourier.

Modalités de contrôle : F= note finale, P = Partiel écrit, E = Examen final (EE=écrit, EO=oral) TD = Travaux Dirigés, TP = Travaux Pratiques, O = Oral; CC=Contrôle Continu Les notes obtenues dans les parties TD, TP et O sont du Contrôle Continu

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.3 P + 0.2 TD Session 2 : F = 1 EE

Description: Cette UE de Physique Expérimentale a pour but de permettre aux étudiants de manipuler dans le cadre de TP de:

mécanique du solide (pendule, 1 séance),
ondes mécaniques (cuve à ondes ... 4 séances),
électromagnétisme et ondes électromagnétiques (induction, effet Doppler, ondes centimétriques, 3 séances),
thermodynamique (calorimétrie, étude du gaz parfait 2 séances).

La Physique est une science expérimentale; cette UE est donc essentielle pour permettre aux étudiants de mieux comprendre les notions abordées dans les autres UE. Un préjugé fréquent chez les étudiants qui entrent en L2, c'est que la physique est avant tout théorique (la lecture d'ouvrages de vulgarisation mettant l'accent sur les expériences de pensée des éminents fondateurs de la relativité et de la quantique est probablement à l'origine de cette erreur). Au contraire, l'aller-retour entre la théorisation et l'expérience est crucial. Les étudiants apprendront lors de ces TP à:

faire des mesures,
traiter des jeux de données,
évaluer des incertitudes,
confirmer / infirmer des prévisions théoriques,
fitter des courbes, développer leur sens critique ...

Modalités:

40 h de TP ( 10 séances de 4h), 3.5 ECTS.
examen de TP à la fin du semestre
présence obligatoire aux TP
2 absences non justifiées rendent défaillants à l'UE et donc au Bloc de Connaissances et Compétences (BCC)
les absences justifiées autorisent à rattraper la séance manquée avec un autre groupe (en cas de non-rattrapage, l'absence devient injusitfiée).

Responsables : Elena Magdalena Staicu Casagrande & Jean-Luc Raimbault

Objectif Cette UE vise à donner une introduction à la physique quantique. Le formalisme sera limité à celui de la mécanique ondulatoire (fonction d’onde dans l’espace des positions et des impulsions, équation de Schrödinger et applications simples). Le formalisme de Dirac ne sera abordé qu’en L3.

Contenu

Expériences historiques : quantification - effet photoélectrique, atome de Bohr- expérience de Franck et Kertz , dualité avec le postulat de de Broglie, expérience de Davisson et Germer …
Mécanique ondulatoire : ondes de matière et fonction d’onde, équation de Schrödinger, états stationnaires, paquets d’ondes, transformées de Fourier et relations d’incertitudes de Heisenberg, mesures et observables …  

Les exercices traiteront en particulier le cas des marches, barrières et puits de potentiel.

Description: Ce cours a pour pré-requis les cours:

Electromagnétisme 2 (au S3).
Vibrations et Ondes (au S3).

Il unit les deux thématiques afin de conduire l'étudiant aux ondes électromagnétiques, la lumière en montrant le couplage des champs électriques et magnétiques, culminant en les équations de Maxwell dans le vide. Les sujets abordés sont:

travail de la force de Laplace;
l'induction électromagnétique: cas de Neumann, cas de Maxwell, cas général;
    loi de modération de Lenz, fém induite, flux,
    flux coupé, champ électromoteur;
    équation de Maxwell-Faraday;
    auto-induction;
    inductance et mutuelle, application aux circuits électriques, circuit LC;
    applications: freinage par induction, courants de Foucault, moteurs.
    La notion très importante de transducteur électro-mécanique (conversion d'énergie mécanique en énergie électrique et réciproque) sera soulignée.
les équations de Maxwell dans le vide:
    Maxwell-Ampère,
    courant de déplacement, application à l'électrocinétique,
    équations de Maxwell,
    équation de d'Alembert,
    ondes sinusoïdales progressives,
    énergétique : énergie électromagnétique, vecteur de Poynting
    polarisation,
    ondes stationnaires, réflexion par un conducteur parfait, effet de peau, guides d'onde.

Bibliographie:

E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, Paris, 1973
R. Feynman, R. Leighton et M. Sands, Cours de Physique - Electromagnétisme (version française), InterEditions, Paris, 1979
H. Gié et J.P. Sarmant., Electromagnétisme, Tec et Doc, Paris, 1985
J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996
J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998
J.P. Perez, R. Carles et R. Fleckinger, Electromagnétisme, 3 ème édition, Masson, 1997
D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6 ème édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003
J.D. Jackson, Electrodynamique classique (version française), 3 ème édition, Dunod, Paris, 2001

Modalités:

40h, 3.5 ECTS
20h cours 20h TD
contrôles continus (2 interrogations de 30mn), partiel , examen
Session 1: 0.5 E + 0.25 P + 0.25 CC
Session 2: 0.75 E + 0.25 CC

Description: Cet enseignement a pour but de présenter les fondements et les applications de l’optique ondulatoire à travers une approche expérimentale. Le cours, volontairement succinct, donne les bases théoriques, les travaux dirigés permettent d’appliquer les notions vues en cours à des situations qui pourront être rencontrées expérimentalement. Enfin, les séances expérimentales visent à développer des compétences expérimentales spécifiques en optique où une large autonomie est laissée aux étudiants. Par ailleurs, cet enseignement vise à renforcer des compétences plus larges dans le domaine de l’expérimentation (détermination des incertitudes expérimentales, prise en main d’un tableur et du tracé de graphique avec l’outil informatiques, rédaction de compte-rendu, interprétation des résultats).

Plan du cours I Nature ondulatoire de la lumière

ondes électromagnétiques : intensité, chemin optique, phase

II Interférences à deux ondes

différence de marche
ordre d’interférence
contraste

III Interféromètre à division d’amplitude

franges d’égale inclinaison : tracé de rayons, calcul de la différence de marche, observation des anneaux
franges d’égale épaisseur : tracé de rayons, calcul de la différence de marche, observation des franges
interféromètre de Michelson dans les deux configurations (lame d’air et coin d’air)

IV Diffraction de la lumière en lumière monochromatique

principe d’Huyghens-Fresnel
conditions de Fraunhofer : diffraction en champ lointain
diffraction par une fente fine
diffraction par une double fente
diffraction par les réseaux (N fentes)

Contenu des projets expérimentaux (4 séances de 4h)

Construction et alignement d’un interféromètre de Michelson, application à la mesure de l’indice de réfraction de l’air
Diffraction par des ouvertures simples et multiples en lumière monochromatique
Interférences et diffraction en lumière polychromatique : réseaux pour la spectroscopie

Objectifs d'apprentissage

Etudier un interféromètre et caractériser la figure d’interférence obtenue
Etudier une figure de diffraction et en déduire les grandeurs caractéristiques d’un motif diffractif
Assembler et aligner finement un montage optique
Réaliser une mesure, caractériser son incertitude associée et sa propagation sur les grandeurs à déterminer
Rédiger un compte rendu de séance expérimentale
Utiliser l’outil informatique pour consigner des valeurs expérimentales et tracer des graphiques avec barres d’incertitude et régression linéaire

Organisation générale de l’UE et modalités pédagogiques Les cours et les TD se déroulent en amont des séances expérimentales. Les étudiants arrivent ainsi en séances expérimentales avec le bagage nécessaire à l’interprétation des observations faites et l’exploitation des mesures qui sont prises. Les séances expérimentales s’enchaînent selon un ordre chronologique défini correspondant à la progression du cours.

Pré-requis

• Optique géométrique : lois de Snell-Descartes sur la réflexion et la réfraction, lentilles minces, construction d’une image et formules de conjugaison
• Phénomènes ondulatoires : ondes mécaniques

Bibliographie Optique, E. Hecht Optique – Une approche expérimentale et pratique, S. Houard Cours d’optique, J. Roussel : https://femto-physique.fr/optique/

Evaluation Séances expérimentales : un travail préparatoire individuel et noté est à rendre au début de chaque, chaque est séance donne lieu à une note de participation individuelle, à l’issue de chaque séances les étudiants rendent un compte rendu par binôme qui est évalué. Un examen de TP en fin de semestre permet d’évaluer les compétences expérimentales. Un examen écrit permet d’évaluer les compétences théoriques, calculatoires et de raisonnement.

Modalités

6h CM, 8h TD, 16h TP

Cette UE est disponible sous forme de ressources numériques avec une partie de présentiel :

l’équivalent de 18h de cours/td sous forme de ressources numériques (vidéos, ppt, pdf,…)
2 fois 1h30 d’amphi débat retransmis en streaming sur un thème
2 fois 1h30 de TD sur un thème

Le plan est le suivant : I- Causes anthropiques des changements globaux : évolution de la place de l'être humain dans la nature II- Érosion de la biodiversité et changement climatique III- Comment répondre aux changements globaux : adaptation et actions

Cette unité d’enseignement transversale vise à donner à tout étudiant de 1er cycle de l’université Paris Saclay des notions de bases sur les enjeux de la transition écologique à mener dans les décennies à venir pour dépasser les grandes crises environnementales, notamment concernant le changement climatique et l’érosion de la biodiversité.

Attendus de l'UE Langue-Anglais3 : Niveau B2 minimum dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais2 tout en introduisant un travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou de l'entreprise) : on prolongera l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis selon la filière (interaction à travers de documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication). La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Objectifs de l’UE : Etudes des Sciences en Sociétés (sur différentes périodes/ dans différentes aires culturelles)

Résumé : Cette UE, sous un format cours / TD, propose l’étude du dossier « le travail de la preuve » qui permet de travailler dans différents contextes (disciplinaires, culturels…) et périodes historiques : 1° comment la(les) preuve(s) est(sont) présentée(s), reprise(s, contestée(s), retravaillée(s), réécrite(s). 2° comment la(les) preuve(s) est(sont) reçue(s), comment les arguments sont jugés convaincants ou non, comment les critères de la preuve sont jugés pertinents ou non, comment la(les) preuve(s) est(sont) acceptée(s) ou rejetée(s) par une communauté scientifique, ou dans un contexte social plus large. 3° l’existence de normes de preuves différentes 4° Comment des problèmes et questions posés sont considérés comme scientifiques ou non ; comme centraux ou secondaires. Quelles conséquences sur la portée d’une preuve au sein d’une communauté scientifique, ou dans un contexte social plus large ? L’enjeu est de faire travailler les étudiants sur les processus de construction et de validation des savoirs scientifiques en allant au-delà d’un idéal de faits et de preuves – univoques, sans ambiguïté et immuables - qui s’imposeraient d’eux-mêmes.

Compétences :

Apprendre à lire des textes en relevant la structuration de l’argumentation
développer la rigueur de la lecture
travailler sur des notions et les comprendre
savoir travailler son vocabulaire et l’enrichir à partir de ces textes
savoir susciter la réflexion sur des questions scientifiques à forts enjeux sociétaux
développer un sens critique (y compris sur son propre apprentissage en tant qu’étudiant)
travailler en équipe / préparer un exposer
travailler de manière individuelle
Travail de compétences professionnelles : CR réunions, dossiers, rapports, entretiens… = maîtrise de la lecture, de la rédaction, qualités d’analyse et de synthèse, argumentation…

Evaluation : Contrôle continu et examen final : participation – présentation orale d’articles – rédaction d’une note de synthèse.

DESCRIPTIF : Grâce à tous ses capteurs, le smartphone est un véritable "couteau suisse" du physicien. L'option "smartphonique" propose de l'utiliser pour mener des expériences classiques ou plus originales. Microscopie, chute des corps, pendule, tubes acoustiques, de nombreux TPs sont réalisables en partant de zéro, avec du matériel de base. L'option propose d'explorer ces possibilités, de redécouvrir le plaisir de la mesure en dehors de la salle de TP. On y réapprendra les règles d'or de la mesure, de son exploitation, et de la façon de la décrire ensuite dans un rapport. Et on découvrira aussi d'autres façons plus originales de faire de la physique, toujours avec des smartphones, dans des lieux insolites, dans des jeux, dans des modes créatifs, etc. Le travail sera toujours mené en groupe.

PLAN pour 8 séances :

1. Mesures simples et initiation au smartphone par des jeux
2. La chute des corps, un TP de A à Z
3. Un deuxième TP, au choix parmi plusieurs sujets
4. Le smartphone comme microscope 5 et 6. Un TP plus approfondi sur un sujet au choix, avec compte rendu vidéo. 7 et 8. Création d'un jeu collectif utilisant les smartphones et test avec du public.

?Durée: 25h

S4/L2 - 2ECTS Cours/TP : 50h

Responsables : Kevin Dupraz & Marie Poirier-Quinot

Objectif Cette UE a pour finalité d’initier les étudiants à l’autonomie et au travail en équipe, et à apporter des éléments clés pour faciliter l’insertion professionnelle de nos futurs diplômés. Elle se base sur deux aspects, la gestion d’un projet (du choix du sujet à l’élaboration d’un prototype) et l’électronique comme thématique disciplinaire, qui sert de support scientifique à l’élaboration et à la conduite du projet. Les étudiants, divisés en petits groupes (3 à 5 personnes) seront amenés à expliciter clairement ses objectifs collectifs et ses règles de fonctionnement et devront ainsi s’approprier des outils de gestion de projet (une méthodologie dédiée a été mise ne place par l’équipe pédagogique). Ce point sera abordé très tôt en début de projet de façon à s’assurer de l’efficacité de fonctionnement de l’équipe qui devra arriver au but fixé (produire un prototype) dans le temps imparti de l’UE. Découvrir les autres compétences au sein du groupe, apprendre à s’appuyer sur les autres membres de l’équipe afin de dégager les complémentarités et synergies éventuelles, sont des étapes importantes dans la réussite d’un tel projet. Le prototype devra être une chaine d’acquisition ou de mesure en électronique pour une application précise (mesure d’une constante physique, détection et rétroaction d’une grandeur physique, etc.). Le sujet du prototype étant libre, les compétences qui seront acquises lors de ce module sont variées, allant de la programmation (pour l’acquisition ou le traitement des données), à l’électronique analogique à base d’amplificateur opérationnel. L’électronique numérique pourrait être abordée dans la programmation de microcontrôleurs mis en jeux pour le fonctionnement de tel ou tel capteur.

Contenu

Choix du sujet libre (thématique imposée : une chaîne de mesure électronique)
Introduction aux outils de gestion de projet : cahier des charges, livrables, points réguliers, communication interne et externe.
Conception d’une chaîne de mesure.
Réalisation de la chaîne de mesure.

Les étudiants seront guidés par les enseignants disciplinaires et des référents méthodologiques. L’autonomie étant un point clé, les étudiants réalisent des recherches par eux même sur le temps libre ou en séance. Les enseignants sont là pour valider scientifiquement et méthodologiquement en TD ce que les étudiants ont fait depuis la dernière séance ou ce qu’ils planifient de faire pour la prochaine séance. Le travail sera évalué selon 3 axes : la participation au travail de l’équipe au cours de l'avancement du projet, un dossier écrit (recherche bibliographique et présentation du projet) et de la soutenance orale où le prototype sera présenté. Nombre de crédits européens : 2 ECTS

Compétences préprofessionnelles Travailler en équipe : s’intégrer, se positionner, collaborer, communiquer et rendre compte Compétences transférables S’organiser, gérer son temps et ses priorités Faire preuve d’initiative Mobiliser les informations pertinentes et les mettre en forme Construire et développer une argumentation Faire preuve d’esprit critique Respecter la syntaxe et l’orthographe Construire un exposé adapté à l’objet et au public Prendre la parole

MODALITES GENERALES D'ORGANISATION L’UE est intégralement évaluée en contrôle continu : comptes-rendus, dossier, soutenance orale avec support et présentation du prototype

INFORMATIONS PEDAGOGIQUES GENERALES Langue principale dans laquelle est dispensé le cours : Français Modalités pédagogiques : Enseignement par projet Discipline(s) : Electronique Volume horaire global : 25

25h

25h

25h

25h

25h

L'objectif du cours est d'aborder deux exemples concrets d'utilisation de l'électricité en s'appuyant sur les cours du semestre précédent. Il s'agit d'étudier dans un premier temps les convertisseurs DC/DC présents dans tous les équipements électroniques. Ces convertisseurs permettent la mise à niveau de tension entre une source d'énergie, par exemple une batterie 12V, et une charge électrique, par exemple un microprocesseur 3V. Dans un second temps, une autre application concerne l'alimentation de moteurs à courant continu comme exemple de conversion d'énergie électro-mécanique. Les approches sont multiples : calculs théoriques, simulations électriques, expérimentations pratiques.

Plan :

1. Introduction sous forme de culture générale
2. Les convertisseurs DC/DC
3. Machine à courant continu
4. Association convertisseur-mcc

Modalités: 25h, cours/TD 13h

50h

25h

25h

L'algèbre géométrique vise à généraliser et remplacer l'algèbre vectorielle de l'espace à trois dimension, tout en incorporant les algèbres des nombres complexes et hypercomplexes (ex: quaternions, biquaternions, split quaternions, etc). Nous l'introduisons comme espace vectoriel dont les "vecteurs" sont des sous espaces de dimension arbitraire appelé lames et dont la norme donne le volume (au sens généralisé, par exemple longueur, surface, volume, quadrivolume, etc). Nous introduisons le produit géométrique pour munir cette espace vectoriel d'une seconde loi interne et former ainsi une algèbre. La structure algébrique ainsi obtenue est utilisée pour décrire les transformations géométriques suivantes : projection, réflexion et rotation. Si le temps le permet les transformations linéaires sont également étudiées dans le cadre de l'algèbre géométrique.

Plan du cours : Partie 1 : construction de l'algèbre géométrique Partie 2 : outil de calcul pour l'algèbre géométrique Partie 3 : transformations en algèbre géométrique

Modalités 25h cours/TD

Objectifs de l’UE : Etudes des Sciences en Sociétés (sur différentes périodes/ dans différentes aires culturelles)

Résumé : Cette UE, sous un format cours / TD, propose l’étude du dossier « le travail de la preuve » qui permet de travailler dans différents contextes (disciplinaires, culturels…) et périodes historiques : 1° comment la(les) preuve(s) est(sont) présentée(s), reprise(s, contestée(s), retravaillée(s), réécrite(s). 2° comment la(les) preuve(s) est(sont) reçue(s), comment les arguments sont jugés convaincants ou non, comment les critères de la preuve sont jugés pertinents ou non, comment la(les) preuve(s) est(sont) acceptée(s) ou rejetée(s) par une communauté scientifique, ou dans un contexte social plus large. 3° l’existence de normes de preuves différentes 4° Comment des problèmes et questions posés sont considérés comme scientifiques ou non ; comme centraux ou secondaires. Quelles conséquences sur la portée d’une preuve au sein d’une communauté scientifique, ou dans un contexte social plus large ? L’enjeu est de faire travailler les étudiants sur les processus de construction et de validation des savoirs scientifiques en allant au-delà d’un idéal de faits et de preuves – univoques, sans ambiguïté et immuables - qui s’imposeraient d’eux-mêmes.

Compétences :

Apprendre à lire des textes en relevant la structuration de l’argumentation
développer la rigueur de la lecture
travailler sur des notions et les comprendre
savoir travailler son vocabulaire et l’enrichir à partir de ces textes
savoir susciter la réflexion sur des questions scientifiques à forts enjeux sociétaux
développer un sens critique (y compris sur son propre apprentissage en tant qu’étudiant)
travailler en équipe / préparer un exposer
travailler de manière individuelle
Travail de compétences professionnelles : CR réunions, dossiers, rapports, entretiens… = maîtrise de la lecture, de la rédaction, qualités d’analyse et de synthèse, argumentation…

Evaluation : Contrôle continu et examen final : participation – présentation orale d’articles – rédaction d’une note de synthèse.

DESCRIPTIF : Grâce à tous ses capteurs, le smartphone est un véritable "couteau suisse" du physicien. L'option "smartphonique" propose de l'utiliser pour mener des expériences classiques ou plus originales. Microscopie, chute des corps, pendule, tubes acoustiques, de nombreux TPs sont réalisables en partant de zéro, avec du matériel de base. L'option propose d'explorer ces possibilités, de redécouvrir le plaisir de la mesure en dehors de la salle de TP. On y réapprendra les règles d'or de la mesure, de son exploitation, et de la façon de la décrire ensuite dans un rapport. Et on découvrira aussi d'autres façons plus originales de faire de la physique, toujours avec des smartphones, dans des lieux insolites, dans des jeux, dans des modes créatifs, etc. Le travail sera toujours mené en groupe.

PLAN pour 8 séances :

1. Mesures simples et initiation au smartphone par des jeux
2. La chute des corps, un TP de A à Z
3. Un deuxième TP, au choix parmi plusieurs sujets
4. Le smartphone comme microscope 5 et 6. Un TP plus approfondi sur un sujet au choix, avec compte rendu vidéo. 7 et 8. Création d'un jeu collectif utilisant les smartphones et test avec du public.

?Durée: 25h

25h

25h

25h

25h

25h

L'objectif du cours est d'aborder deux exemples concrets d'utilisation de l'électricité en s'appuyant sur les cours du semestre précédent. Il s'agit d'étudier dans un premier temps les convertisseurs DC/DC présents dans tous les équipements électroniques. Ces convertisseurs permettent la mise à niveau de tension entre une source d'énergie, par exemple une batterie 12V, et une charge électrique, par exemple un microprocesseur 3V. Dans un second temps, une autre application concerne l'alimentation de moteurs à courant continu comme exemple de conversion d'énergie électro-mécanique. Les approches sont multiples : calculs théoriques, simulations électriques, expérimentations pratiques.

Plan :

1. Introduction sous forme de culture générale
2. Les convertisseurs DC/DC
3. Machine à courant continu
4. Association convertisseur-mcc

Modalités: 25h, cours/TD 13h

50h

25h

25h

L'algèbre géométrique vise à généraliser et remplacer l'algèbre vectorielle de l'espace à trois dimension, tout en incorporant les algèbres des nombres complexes et hypercomplexes (ex: quaternions, biquaternions, split quaternions, etc). Nous l'introduisons comme espace vectoriel dont les "vecteurs" sont des sous espaces de dimension arbitraire appelé lames et dont la norme donne le volume (au sens généralisé, par exemple longueur, surface, volume, quadrivolume, etc). Nous introduisons le produit géométrique pour munir cette espace vectoriel d'une seconde loi interne et former ainsi une algèbre. La structure algébrique ainsi obtenue est utilisée pour décrire les transformations géométriques suivantes : projection, réflexion et rotation. Si le temps le permet les transformations linéaires sont également étudiées dans le cadre de l'algèbre géométrique.

Plan du cours : Partie 1 : construction de l'algèbre géométrique Partie 2 : outil de calcul pour l'algèbre géométrique Partie 3 : transformations en algèbre géométrique

Modalités 25h cours/TD

S4/L2 - 2ECTS Cours/TP : 50h

Responsables : Kevin Dupraz & Marie Poirier-Quinot

Objectif Cette UE a pour finalité d’initier les étudiants à l’autonomie et au travail en équipe, et à apporter des éléments clés pour faciliter l’insertion professionnelle de nos futurs diplômés. Elle se base sur deux aspects, la gestion d’un projet (du choix du sujet à l’élaboration d’un prototype) et l’électronique comme thématique disciplinaire, qui sert de support scientifique à l’élaboration et à la conduite du projet. Les étudiants, divisés en petits groupes (3 à 5 personnes) seront amenés à expliciter clairement ses objectifs collectifs et ses règles de fonctionnement et devront ainsi s’approprier des outils de gestion de projet (une méthodologie dédiée a été mise ne place par l’équipe pédagogique). Ce point sera abordé très tôt en début de projet de façon à s’assurer de l’efficacité de fonctionnement de l’équipe qui devra arriver au but fixé (produire un prototype) dans le temps imparti de l’UE. Découvrir les autres compétences au sein du groupe, apprendre à s’appuyer sur les autres membres de l’équipe afin de dégager les complémentarités et synergies éventuelles, sont des étapes importantes dans la réussite d’un tel projet. Le prototype devra être une chaine d’acquisition ou de mesure en électronique pour une application précise (mesure d’une constante physique, détection et rétroaction d’une grandeur physique, etc.). Le sujet du prototype étant libre, les compétences qui seront acquises lors de ce module sont variées, allant de la programmation (pour l’acquisition ou le traitement des données), à l’électronique analogique à base d’amplificateur opérationnel. L’électronique numérique pourrait être abordée dans la programmation de microcontrôleurs mis en jeux pour le fonctionnement de tel ou tel capteur.

Contenu

Choix du sujet libre (thématique imposée : une chaîne de mesure électronique)
Introduction aux outils de gestion de projet : cahier des charges, livrables, points réguliers, communication interne et externe.
Conception d’une chaîne de mesure.
Réalisation de la chaîne de mesure.

Les étudiants seront guidés par les enseignants disciplinaires et des référents méthodologiques. L’autonomie étant un point clé, les étudiants réalisent des recherches par eux même sur le temps libre ou en séance. Les enseignants sont là pour valider scientifiquement et méthodologiquement en TD ce que les étudiants ont fait depuis la dernière séance ou ce qu’ils planifient de faire pour la prochaine séance. Le travail sera évalué selon 3 axes : la participation au travail de l’équipe au cours de l'avancement du projet, un dossier écrit (recherche bibliographique et présentation du projet) et de la soutenance orale où le prototype sera présenté. Nombre de crédits européens : 2 ECTS

Compétences préprofessionnelles Travailler en équipe : s’intégrer, se positionner, collaborer, communiquer et rendre compte Compétences transférables S’organiser, gérer son temps et ses priorités Faire preuve d’initiative Mobiliser les informations pertinentes et les mettre en forme Construire et développer une argumentation Faire preuve d’esprit critique Respecter la syntaxe et l’orthographe Construire un exposé adapté à l’objet et au public Prendre la parole

MODALITES GENERALES D'ORGANISATION L’UE est intégralement évaluée en contrôle continu : comptes-rendus, dossier, soutenance orale avec support et présentation du prototype

INFORMATIONS PEDAGOGIQUES GENERALES Langue principale dans laquelle est dispensé le cours : Français Modalités pédagogiques : Enseignement par projet Discipline(s) : Electronique Volume horaire global : 25

Attendus de l'UE Langue-Anglais2 : Niveau B1 minimum dans les 5 compétences linguistiques

ANGLAIS GÉNÉRAL. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais1 : on prolongera notamment le travail sur la prononciation ainsi que l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis tels que Science et Technologie, Médias et Réseaux sociaux. L'interaction se fait à travers des documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication et/ou dans la cadre d'un projet tout au long du semestre. La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Description:

Outils numériques pour la Physique.
Apprendre à écrire des programmes simples utilisables en Physique.
Apprentissage du langage Python, utilisation de la librairie NumPy.

Plan: S1. Python & Numpy S2. Graphiques & structuration d’un code S3. Fonctions à 2 variables : représentation graphique; calcul matriciel S4. Résolution d’équations (racines & solution d’un système linéaire) S5. Statistiques avancés (moindre carr., régr. lin. (± incertitudes), loi NL) S6. Intégrales avancés (rappel, Gauss-Legendre, Monte Carlo) S7. Traitement d’image (charger/manipuler, convolution, filtrage) S8. Résolution d’équation différentielle (euler, heun, runge-kutta, systèmes d’Edo, visus)

cf https://gitlab.u-psud.fr/MethNum/L2-Sujets

Modalités:

8 TP de 4h = 32 h
contrôle continu / examen (à définir)

Analyse pour les Sciences - Math255 (5.5 crédits)

Volume Horaire : Cours : 24h ; TD : 36h

Compétences : Equations différentielles. Formules de Stokes. Fonctions de plusieurs variables. Déterminant, diagonalisation, systèmes différentiels.

Description : Rappels sur les fonctions d'une variable : continuité, dérivées, Taylor, intégrales Arcs paramétrés, orientation, longueur d'un arc, Intégration par rapport à l'élément de longueur, Champs de vecteurs, circulation le long d'un arc, Fonctions de plusieurs variables : continuité, dérivés partielles, différentielle, Taylor, fonctions composées, dépendant d'un paramètre, Points critiques, extremums, Intégrales doubles, coordonnées polaires, transformations linéaires. Surfaces paramétrées, vecteur normal, orientation, Paramétrages des surfaces de base : plans, sphères, cylindres, cônes, Aire de surface, intégration par rapport à l’élément d'aire, Flux d'un champ de vecteurs à travers une surface orientée, Intégrales triples et volume. Changement de variables : coordonnées sphériques et cylindriques Symétries, intégration sur les surfaces et les corps de révolution, Formes différentielles : Différentielle extérieur, gradient, rotationnel, divergence Intégration des formes différentielles, circulation et flux, Intégration par partie pour les intégrales multiples : formules de Green-Riemann, Ostrogradski, Stokes, Formes différentielles fermées et exactes, théorème de Poincaré.

Modalités de contrôle : F= note finale, P = Partiel écrit, E = Examen final (EE=écrit, EO=oral) TD = Travaux Dirigés, TP = Travaux Pratiques, O = Oral; CC=Contrôle Continu Les notes obtenues dans les parties TD, TP et O sont du Contrôle Continu

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.25 P + 0.25 TD Session 2 : F = 1 EE

Algèbre pour les Sciences - Math259 (4 crédits)

Volume Horaire : Cours : 18h ; TD : 22h Compétences : Matrice Transformations linéaires Déterminant d'une matrice Applications des déterminants Diagonalisation des matrices Systèmes différentiels linéaires homogènes du premier ordre : Systèmes différentiels ordinaires linéaires non-homogènes du premier ordre Équations différentielles ordinaires linéaires d'ordre supérieur Description : Cours et TD :

• Opérations de base avec les matrices, lien avec les transformations linéaires, changements de base,
• Déterminant d'une matrice : lien avec l'aire et le volume, propriétés, règles de calcul,
• Applications des déterminants : matrice inverse, résolution des systèmes linéaires, produit vectoriel, valeurs et vecteurs propres d'une matrice,
• Diagonalisation des matrices, applications à la classification des courbes et des surfaces du second degré,
• Systèmes différentiels linéaires homogènes du premier ordre : base de l'espace des solutions, lien avec les vecteurs propres, calcul pratique, portraits de phase,
• Systèmes différentiels ordinaires linéaires non-homogènes du premier ordre : représentation des solutions, variation des constantes,
• Équations différentielles ordinaires linéaires d'ordre supérieur : réduction à un système du premier ordre, variation des constantes

Modalités de contrôle : F= note finale, P = Partiel écrit, E = Examen final (EE=écrit, EO=oral) TD = Travaux Dirigés, TP = Travaux Pratiques, O = Oral; CC=Contrôle Continu Les notes obtenues dans les parties TD, TP et O sont du Contrôle Continu.

Session 1 : F = 0.5 EE + 0.25 P + 0.25 TD Session 2 : F = 1 EE

Volume Horaire : Cours : 16h ; TD : 18h ; 3 ECTS

Notions mathématiques Systèmes de coordonnées polaires, cylindriques et sphériques. Dérivées partielles, théorème de Schwarz Opérateur gradient en coordonnées cartésiennes, cylindriques et sphériques. Intégrales double et triple, intégrales curvilignes Equations différentielles

Description Où l'on étend les notions de Méca I aux situations à 2 ou 3 dimensions, avec des systèmes de coordonnées polaires, cylindriques, voire sphériques et en traitant de la rotation.

I – CINEMATIQUE ET DYNAMIQUE Coordonnées polaires : définition, dérivée des vecteurs unitaires ; position, vitesse, accélération. Coordonnées sphériques : définition. Base de Frenet : définition, vitesse, accélération. Mouvement uniforme ou accéléré. Lois de Newton (rappel) Application de la relation fondamentale de la dynamique avec les outils précédents. Exemple : pendule simple en coordonnées polaires.

II - TRAVAIL – ENERGIE Variation d'une fonction de plusieurs variables, gradient et déplacement élémentaire dans les différents systèmes de coordonnées. Energie potentielle et gradient F = - grad U Forces conservatives et exemples d’énergies potentielles

III - MOMENT CINETIQUE Rappels : produit vectoriel, moment d’une force Moment cinétique ; théorème du moment cinétique Application au pendule simple

IV - FORCES CENTRALES – MOUVEMENTS PLANETAIRES Conservation du moment cinétique, mouvement plan, vitesse aréolaire Lois de Kepler et gravitation newtonienne Potentiel effectif, nature de la trajectoire et signe de l'énergie

V – SYSTEMES EN ROTATION Moment cinétique d’un système de points par rapport à un axe orienté Solide en rotation autour d’un axe fixe, moment d’inertie par rapport à un axe, exemples Théorème de Huyghens Energie cinétique Couple de forces, Théorème du moment cinétique pour un solide.

VI - CHANGEMENT DE REFERENTIEL (à contenu variable en fonction du reste) Notion de référentiel Vecteur rotation, dérivée d'un vecteur dans (R) et (R') Exemples

Modalités de contrôle 2 Contrôles continus (1h), 1 Partiel (2h), 1 Epreuve de synthèse (3h)

UE Thermodynamique 1 et Premier Principe de la Thermodynamique. Cette UE est centrée sur le second Principe de la Thermodynamique. Le but est d’expliquer l’irréversibilité au niveau macroscopique et ses différentes manifestations (écoulement spontané de chaleur d’un corps chaud vers un corps froid, hiérarchie des formes d’énergie, notion d’entropie).

Rappels sur le 1er Principe, différence température – chaleur, coefficients calorimétriques ?
Enoncés du Second Principe : énoncés de Clausius, Kelvin, Prigogine, Carnot-Clausius. Notion d’entropie.
Calculs d’entropie (gaz parfait). Cycles.
Machines thermiques : moteurs, machines frigoriques. Théorème de Carnot sur le rendement.
Introduction à l’entropie statistique.
Potentiels thermodynamiques. Relations de Maxwell. Application au calcul des coefficients calorimétriques (relatio nde mayer généralisée). Evolution d’un système vers l’équilibre.
Transitions de Phase. Isothermes d’Andrews. Chaleurs latentes. Vapeur saturante. Relations de Clapeyron.

Modalités :

12 h cours, 12h TD
2.5 ECTS
Session 1 : 0.4 P + 0.6 E
Session 2 : 1 E

Description: Le but de ce cours est de présenter la physique des systèmes oscillants (de N=1 oscillateur) jusqu'à un nombre macroscopique de degrés de liberté (onde).

Les vibrations libres, forcées, la résonance et la décomposition en modes normaux pour des systèmes discrets et continus seront discutées. La généralité des concepts sera illustrée à partir d'exemples tant mécaniques qu'électriques.
La propagation des ondes, les ondes stationnaires, les phénomènes de réflexion, transmission, l'énergétique des ondes seront examinées avec les systèmes modèles suivants: onde sonore, ébranlement sur une corde, ligne de transmission LC.
Les applications à l'acoustique musicale seront abordées (notamment, notes de musique, fondamental, harmoniques, timbre d'un instrument, notions de psycho-acoustique, courbes de Fletcher-Munson).
L'énergétique permettra d'introduire la notion de vecteur de Poynting pour une onde sonore ce qui pourra préparer le terrain pour le cours sur les ondes électromagnétiques au S4.
Une introduction aux phénomènes d'interférence et de diffraction sera faite en vue de faciliter la compréhension de ces notions difficiles pour les cours d'optique physique et de mécanique quantique (au S4).
Enfin l'effet Doppler pour les ondes sonores sera expliqué.

Bibliographie:

Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3)
Ondes, MP-MP*, Hachette
• Physique tout en 1, PC-PC*, Ed Dunod
• Toute la physique de spé PC-PSI, Firt, Ed. Belin
• Physique, tome C, Séguin, Ed. de Boeck

Modalités:

44h, CM: 22h, TD: 22h
4 ECTS
contrôles continus (2 interrogations de 30mn), partiel , examen
Session 1: 0.5 E + 0.25 P + 0.25 CC
Session 2: 0.75 E + 0.25 CC

Outils mathématiques : coordonnées cylindriques et sphériques, intégrales curvilignes, de surface et de volume, divergence et rotationnel, théorème de la divergence et théorème de Stokes. Description : les objets fondamentaux de l’électromagnétisme sont les champs électrique et magnétiques (vus en Electromagnétisme 1) car ils déterminent les forces électriques et magnétiques subies par des porteurs de charge. En Electromagnétisme 1, seules des distributions discrètes de charge avaient été considérées. On généralise dans cette UE au cas de distributions continues de charge, puis on apprend à calculer le champ électrique via le théorème de Gauss (quand les symétries le permettent). Le champ magnétique est généré par les courants électriques notamment ; on apprend à le calculer via la loi de Biot-Savart et le theorème. Plan :

Distributions continues de charges électriques
Théorème de Gauss
Conduction électrique, conducteurs à l’équilibre
Densités de courant
Loi de Biot et Savart
Théorème d’Ampère
Equations locales de l’électrostatique et de la magnétostatique

Bibliographie: E. Purcell, Electricité et magnétisme - Cours de Physique de Berkeley, volume 2 (version française), Armand Colin, Paris, 1973 R. Feynman, R. Leighton et M. Sands, Cours de Physique - Electromagnétisme (version française), InterEditions, Paris, 1979 H. Gié et J.P. Sarmant., Electromagnétisme, Tec et Doc, Paris, 1985 J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 1 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1996 J.P. Faroux et J. Renault, Electromagnétisme 2 - Cours et exercices corrigés, Dunod, Paris, 1998 J.P. Perez, R. Carles et R. Fleckinger, Electromagnétisme, 3 ème édition, Masson, 1997 D. Halliday, R. Resnick et J. Walker, Physique, 6 ème édition, McGraw-Hill, Montréal, 2003 J.D. Jackson, Electrodynamique classique (version française), 3 ème édition, Dunod, Paris, 2001 Modalités:

44h, CM: 22h, TD: 22h
4 ECTS
contrôles continus (2 interrogations de 30mn), partiel , examen