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UNIVERSITÉ Paris Diderot

Licence Physique - Parcours : Physique fondamentale et Magistère

Licence

1 an(s)

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Université

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Objectifs

La 3ème année de Licence de Physique à l'Université Paris Diderot s'adresse aux étudiants désirant aborder la physique sous ses aspects fondamentaux et appliqués. Elle propose ainsi une solide formation généraliste en physique, ouverte vers les applications actuelles de la physique.

L'objectif de la filière est d'offrir aux étudiants des connaissances approfondies dans les domaines fondamentaux de la physique, afin qu'ils puissent s'engager dans des carrières de physiciens (en milieu universitaire ou industriel), ou utiliser leur formation de physicien dans des métiers à responsabilité en entreprise. A partir de l'acquisition de solides connaissances et des outils généraux de la physique de base, les étudiants complèteront leur formation par des savoir-faire pratiques grâce à la large place donnée à l'expérimentation.

Débouchés :

La L3 de Physique prépare entre autres à la 1ère année de Master (M1) de Physique à Paris Diderot, formation généraliste qui débouche ensuite vers les 2èmes années de nombreux Masters (M2) de Physique Fondamentale, Physique Appliquée ou Masters Professionnels.

Pour de plus amples renseignements sur toutes les formations post-Licence et les débouchés professionnels, se renseigner au SAOIP (Service d'Aide à l'Orientation et à l'Insertion Professionnelle).

Label Magistère :

Le Label "Magistère de Physique" de Paris-Diderot offre aux étudiants un Diplôme Universitaire complémentaire à leur Master qui leur permettra de valoriser leur formation.

Le diplôme Magistère ne peut être obtenu que si les moyennes générales en L3, M1 et M2 sont supérieures ou égales à 12 (équivalence d'une mention AB chaque année).

Le responsable du Magistère s'attachera à accompagner dans leur formation tous les étudiants et en particulier ceux rejoignant l'Université Paris-Diderot en 3ème année de licence (éleves de CPGE, étudiants d'autres universités…).

Programme

UE du 1er semestre :

Physique Contemporaine / Physique Expérimentale :

Il s'agit d'une UE introductive aux grands domaines de la physique contemporaine. Découverte de la physique contemporaine (3 semaines pour chaque thème) :
  • Introduction à la Physique Macroscopique :
    • Etats de la matière : Forces de liaison intermoléculaires, des solides cristallins à la matière désordonnée.
    • Introduction à la mécanique des milieux continus : Milieux continus, forces élastiques dans les solides et forces visqueuses dans les fluides, lien avec les caractéristiques microscopiques.
    • Interface entre deux milieux fluides ou solides : Fluides miscibles (diffusion), fluides non miscibles (tension de surface), interface entre deux solides (friction).
    • Matière molle : Interactions, exemples de systèmes (colloïdes, tensioactifs, systèmes auto-organisés, mousses, granulaires, cristaux liquides, systèmes biologiques…).
  • Introduction à la physique du solide :
    • La conductivité dans les métaux : Modèle de Drude (conductivité électrique, conductivité thermique, limites du modèle).
    • Liaisons et Structure des solides.
    • Vibrations du réseau : Phonons.
    • De l'électron libre à l'électron dans un cristal : Le concept de bande d'énergie.
    • Métaux, Isolants, Semiconducteurs.
  • Introduction à la Physique Subatomique :
    • Physique nucléaire : Découverte et structure du noyau atomique, fission et fusion, les types de radioactivité, les centrales nucléaires.
    • Physique des particules : Les particules élémentaires et leurs nombres quantiques (+ aspects historiques). Les interactions fondamentales et les lois de conservation. Les détecteurs de la physique des particules.
    • Le rayonnement cosmique : Découverte, composantes (noyaux, photons, neutrinos), sources et propagation. Les détecteurs de la physique des astroparticules.
  • Introduction à l'Astrophysique et la Cosmologie :
    • Interaction lumière-matière et rayonnement de corps noir. Les étoiles (naissance, nucléo-synthèse, évolution).
    • Les galaxies et la structure à grande échelle de l'Univers. La loi de Hubble.
    • La théorie du Big Bang et l'expansion de l'univers. Le redshift. L'histoire thermale de l'Univers et le fond de rayonnement cosmologique.
PROJET DE PHYSIQUE EXPÉRIMENTALE (S5 ou S6) : (2 TP / semaine) :
  • Les étudiants doivent concevoir et réaliser une expérience à partir d'un sujet proposé. Le module comprend une partie d'analyse théorique du sujet (environ 3 semaines) puis le montage effectif de l'expérience. Ce sont les étudiants qui réalisent en totalité le système expérimental et les enseignants n’ont qu’un rôle de guide. Les sujets proposés changent chaque année et sont tirés d’expériences de physique appliquée (tirées par exemple d’articles scientifiques) ne nécessitant pas de connaissances théoriques approfondies préalables.
  • Exemples de sujets : Formation des cristaux de neige, conception d’un automate, étude des rides sous-marines, réalisation d’un moteur thermique solaire, étude d'un cratère en laboratoire.
Electromagnétisme et Optique Ondulatoire :
  • Equations de Maxwell dans le vide, transversalité des champs, ondes planes et sphériques, surfaces d’onde, énergie.
  • Polarisation.
  • Réflexion-réfraction, les coefficients de Fresnel.
  • Optique ondulatoire : Conditions d’interférence, cohérence spatiale, cohérence temporelle.
  • Interférences par division du front d’onde : Trous d’Young, réseaux.
  • Interférences par division d’amplitude : Lames à faces parallèles, Michelson.
  • Interférences à ondes multiples, Fabry-Perot.
  • Diffraction : Principe d’Huyghens-Fresnel, diffractions de Fresnel ou de Fraunhoffer.
  • Optique de Fourier.
Travaux Pratiques : Interférences, diffraction, spectroscopie, polarisation, filtrage .

Approche Lagrangienne et Relativité :

Première partie : Approche lagrangienne et mécanique analytique :
  • Introduction : Mécanique Newtonienne vs mécanique Lagrangienne.
  • Méthodes variationnelles : Fonctionnelles et équations d'Euler-Lagrange. Applications.
  • Symétries et lois de conservation (intégrale première, énergie, théorème de Noether, impulsion, moment cinétique). Applications.
  • Hamiltonien, équations de Hamilton, crochets de Poisson.
Seconde partie : Théorie de la relativité restreinte :
  • Relativité galiléenne. Transformation de Galilée. Cas de la particule libre. Remise en question.
  • Relativité restreinte. Transformation de Lorentz. Concept d’espace-temps.
  • Dilatation de la durée et contraction de la longueur.
  • Espace de Minkowski. Métrique. Quadrivecteurs et leurs invariants.
  • Cinématique et dynamique relativiste.
  • Equations de Maxwell covariantes.
Mathématiques 5 :

Analyse complexe :
  • Fonctions analytiques et transformations conformes.
  • Singularités, pôles et zéros des fonctions analytiques.
  • Intégration dans le plan complexe ; théorème de Cauchy.
  • Développement en série ; séries de Taylor et de Laurent.
  • Théorème des résidus et applications.
Espaces linéaires :
  • Espaces vectoriels linéaires.
  • Espaces euclidiens et espaces de Hilbert.
Anglais.

UE libre :

A choisir parmi toutes les UE libres proposées à l'Université.


UE du 2ème semestre :

Thermodynamique et introduction à la Physique Statistique :

Généralités, premier principe :
  • Etats d’un système : Etats d’équilibre, équations d’état, paramètres intensifs et extensifs.
  • Transformations irréversibles, quasi-statiques, réversibles.
  • Premier principe, énergie interne, travail et échanges de chaleur.
  • Application au gaz parfait.
Entropie et second principe :
  • Machines thermiques, cycle de Carnot, nécessité d’un second principe.
  • Entropie, température thermodynamique, énoncé moderne du second principe.
  • Rendements d’une machine thermique, moteurs et machines frigorifiques.
Changements de phase du corps pur :
  • Représentation en paramètres P, T et P, V des états du corps pur.
  • Point triple, point critique.
  • Coefficients calorimétriques, relations de Clapeyron.
Aspects microscopiques et introduction à la physique statistique :
  • Théorie cinétique des gaz, libre parcours moyen.
  • Equations de diffusion, équation de Boltzmann, distribution de Maxwell des vitesses.
  • Postulat fondamental de la physique statistique, ergodicité, équiprobabilité des micro-états.
  • Entropie comme mesure du “désordre”, flèche du temps, entropie microcanonique.
Physique Contemporaine / Physique Expérimentale.

Mécanique Quantique :
  • Introduction : Pourquoi la MQ ? Instabilité de l’atome classique. Corps noir. Chaleur spécifique des gaz à basse température. Expérience d'Young. Effet photoélectrique.
  • Dualité onde/corpuscule, relation d’incertitude, révision de la notion de trajectoire. Objet quantique : Action et quantum d’action.
  • Postulats de la MQ.
  • Application 1 : Particule libre. Paquet d’ondes, propagation, étalement.
  • Application 2 : Particule dans un puits de potentiel. Etats stationnaires. Marche de potentiel, puits infini, diffusion par un atome etc.
  • Application 3 : Effet tunnel. Exemple : Désintégration alpha.
  • Application 4 : Oscillateur harmonique I. Spectre d’énergie. Etats stationnaires. Exemple : Vibrations d’une molécule diatomique.
  • Opérateurs et commutateurs. Image matricielle des opérateurs. Algèbre linéaire. Espace de Hilbert. Relation d'incertitude.
  • Application 5 : Système à 2 niveaux. Exemples : Molécule d’ammoniac, oscillations de neutrinos.
  • Application 6 : Oscillateur harmonique II. Operateurs de création et d’annihilation. OH a 3 dimensions. Dégénérescence. Exemples : phonons.
Mathématiques 6 :

Espaces linéaires (suite) :
  • Fonctionnelles linéaires et distributions.
  • Espace de Hilbert continu 1D, lien avec ondes et transformée de Fourier, paquet d’onde.
  • Série de Fourier, Transformées de Laplace et de Fourier.
Probabilités et statistiques :
  • Statistique descriptive 1D, distributions, moments, représentations graphiques.
  • Statistique descriptive 2D, covariance, coefficients de corrélation, variables indépendantes.
  • Introduction à la théorie des probabilités : Axiomes, calcul combinatoire, variables aléatoires.
  • Lois discrètes et lois continues (exemples : Bernoulli, Binomiale, Poisson, Gauss,…).
  • Théorèmes fondamentaux.
  • Introduction à l’inférence statistique; intervalles de confiance et tests d’hypothèses.
  • Ajustement et régression linéaire, maximum de vraisemblance, moindres carrés.
Stage de 5 semaines :

Il s'agit d'un stage de recherche dans un laboratoire ou dans une entreprise d'une durée minimale de 5 semaines. L'objectif est de permettre aux étudiants d'intégrer une équipe de recherche pour y développer un projet expérimental, théorique ou de simulation.
 

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À Paris

De l'année 2019 à 2020

Centre

UNIVERSITÉ Paris Diderot
5 rue Thomas-Mann
75205 Paris cedex 13
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En résumé

Objectif

Licence

Durée

1 an(s)

Coût

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Modes d'enseignement

En école ou centre de formation

Type d'établissement

Université

Domaine

Physique

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