Semestre 4

 Mécanique du solide et des fluides

UE obligatoire - 6 ECTS

Contenu

Mécanique du solide (25h cours et TD)
Problème à deux corps. Masse réduite - Référentiel du centre de masse Mouvement à forces centrales – Applications de la cinématique du solide - Centre d'inertie - Résultante cinétique - Moment cinétique - Moment d'inertie - Tenseur d'inertie - Référentiel barycentrique - Angles d'Euler - Equations d'Euler Dynamique du solide : Système de forces - Moment d'une force - Contact entre les solides - Statique - Théorèmes de la résultante cinétique - Théorème du moment d'inertie - Théorème de l'énergie cinétique

Mécanique des fluides (25h cours et TD)
Modèle du fluide continu : fluide parfait - Statique des fluides. Phénomènes de surfaces et capillarité Cinématique des fluides Dynamique des fluides parfaits Viscosité : fluides newtoniens, Perte de charges Nombre de Reynolds, loi de Darcy, loi de Stokes

Relativité restreinte

UE obligatoire - 3 ECTS

Contenu

Principes de la relativité restreinte et conséquences physiques. Transformation de Lorentz et ses conséquences. Cinématique relativiste; contraction des longueurs propres et dilatation des temps propres; composition des vitesses et composition des accélérations. Espace de Minkowski , quadrivecteurs (exemple: quadrivecteur position, quadrivitesse, quadriaccélération, quadrivecteur énergie- impulsion, etc...), coordonnées contravariantes et coordonnées covariantes; géométrie de l'espace de Minkowski, temps propre, ligne d'univers, effet Doppler. Particule libre relativiste, cas des particules de masse nulle. Collisions et désintégration des particules, référentiel du laboratoire , référentiel de l'impulsion,; collision à deux corps. Théorie classique des champs, théorie des champs Lagrangienne, formalisme Hamiltonien . Equations de Maxwell et relativité, invariance de Lorentz des équations de Maxwell, invariants du champs électromagnétique.

Ondes et vibrations

UE obligatoire - 6 UCTS

Contenu

Cet enseignement porte dans un premier temps sur l'étude détaillée des oscillateurs (harmoniques, amortis, forcés, couplés) de différentes natures (mécanique et électrique). La propagation des ondes est étudiée dans un deuxième temps (ondes accoustiques, mécaniques et électromagnétiques) dans le but de permettre aux étudiants de comprendre des phénomènes physiques tels que le réflexion, la transmission des ondes, l'adaptation d'impédance. Les bases théoriques et expérimentales de description des phénomènes d'interférences et de diffraction sont abordées.

Projet expérimental en physique

UE obligatoire - 3 ECTS

Objectifs

L'étudiant devra développer un projet expérimental en adoptant une démarche scientifique pertinente. Il apprendra à formuler un problème, à le modéliser et à analyser les résultats. Il fera preuve d'autonomie et d'initiative.

Contenu

L’étudiant choisit son sujet et le développe (en binôme) de façon autonome tout en bénéficiant de l’aide d’un enseignant. Il propose un montage expérimental, le met en œuvre et interprète les résultats obtenus. L’ensemble des travaux fait l’objet d’un rapport écrit et d’un exposé.

Mathématiques appliquées

UE obligatoire - 5 ECTS

Objectifs

Développements des concepts et manipulation des objets mathématiques utiles pour le physicien.

Contenu

Séries
Séries numériques. Séries à termes positifs, théorèmes de comparaison. Séries à termes quelconques, conditions suffisantes de convergence. Séries entières. Rayon de convergence. Propriétés de dérivation et d'intégration terme à terme. Série de Taylor et développements en série. Exponentielle complexe et autres exemples usuels. Séries de Fourier. Polynômes trigonométriques, coefficients de Fourier. Interprétation géométrique (préhilbertienne) des sommes de Fourier et inégalité de Bessel. Formule de Parseval (admise). Théorème de Dirichlet. Etude simple de l'équation de la chaleur.

Probabilités
Probabilités, probabilités conditionnelles, indépendance. Variables aléatoires discrètes, lois classiques. Variables aléatoires à densité. Exemples : Lois uniformes, exponentielles, gaussiennes. Moments d'une variable aléatoire. Vecteurs aléatoires. Covariance. Indépendance de variables aléatoires. Inégalité de Tchebycheff. Loi faible des grands nombres. Théorème limite central (admis) et exemples d'applications.

UE Transverse

UE obligatoire - 3 ECTS

Contenu

Anglais (1 ECTS)
Sport, ou engagement associatif, … (2 ECTS)

Complément de calcul différentiel

UE optionnelle - 4 ECTS

Physique de la terre et de son environnement

UE optionnelle - 4 ECTS

Objectifs

Ce module vise à présenter à des étudiants de physique et de chimie les approches contemporaines de l'étude (observation, modélisation) de l'intérieur de la Terre ainsi que de son enveloppe superficielle (océan, atmosphère et cryosphère) en relation avec le système climatique et son évolution. Un effort particulier est fait pour mettre en valeur l'apport (conceptuel, expérimental, méthodologique,...) des sciences physiques à ces champs scientifiques.

  1. Acquérir une connaissance des processus physiques fondamentaux qui ont lieu dans le manteau terrestre, l’atmosphère et les océans.
  2. Connaître les principes de base utilisés pour l’observation, la modélisation de la Terre et de son enveloppe superficielle.

Contenu

La formation est donnée sous forme essentiellement magistrale et peut inclure participations à des séminaires sur ces thèmes dans le cadre des laboratoires ou écoles doctorales. On distingue deux parties dans le cours:

Géophysique interne :

  • L'origine des éléments - Contraintes géochimiques - Observer la Terre - contraintes géophysiques - L'apport de la sismologie - Les enveloppes de la Terre interne - Modèle minéralogique de Terre - La pression, paramètre fondamental de l'étude de l'intérieur des planètes - La Terre machine thermique

Climat de la terre - Sciences de l’Atmosphère et des Océans :

  • Les acteurs du climat - Génèse de l’atmosphère terrestre – Composition et structure - Bilan énergétique, circulation atmosphérique. Effet de serre. Observer et modéliser les paramètres atmosphériques. -L’océan – description, paramètres clefs. Moyens d’observation. -Interactions océan-atmosphère - Circulations océaniques de surface et thermohaline – Phénomène El Nino. - Climat futur – Influence anthropique – Modèles, observations, incertitudes

Physique pour le vivant

UE optionnelle - 4 ECTS

Objectifs

Ce cours propose un parcours d’approche physique à la biologie cellulaire et des tissus. Le programme est adapté à un public d’étudiants de physique et de physique-chimie du semestre S4. Le niveau des connaissances nécessaires est limité, à la mécanique classique et des fluides, à l'électrocinétique et à la thermodynamique (des rappels seront inclus dans le cours). La cellule étant regardée comme un objet - autant que possible macroscopique, le cours fait très peu de réreéfnce aux constituants moléculaires des composants internes de la cellule.

Contenu

Structure, thermodynamique et énergétique des cellules, des tissus, des écosystèmes

  • Rappels de thermodynamique - Thermodynamique et Biosphère - Cycle de l'ATP - Thermodynamique des cellules - Forces entropiques, osmose, tension surfacique;

Variables, dimensions et échelles typiques en biologie

  • Analyse dimensionnelle - Lois d'échelle en biologie; - Corrélations entre structure et fonctions pour les animaux terrestres et flottants - Problèmes pour les animaux «trop grands» ou «trop petits»;

La physique des matériaux de la cellule et des tissus

  • Optique de l'oeil: propriétés optiques des matériaux de la cornée et de la rétine. - Cellules et tissus biologiques: structure et propriétés mécaniques de la cellule - structure et mécanique du cytosquelette - Elasticité des polymères biologiques - Muscles comme moteurs

Enzymes et machines moléculaires

  • Moteurs moléculaires - Adhésion cellulaire - Mouvement des cellules et des organismes unicellulaires.

Formes et fonctions :

  • tension de surface, surfaces de révolution, surfaces d'énergie minimale; - morphogenèse; forme des animaux flottants, cnidaires, meduses, forme des coquilles des métazoaires marins.