Parcours Recherche et innovations 1re année

Le cours de Physique du Solide 1 est une introduction aux propriétés physiques des solides, induites par la mécanique quantique. Il s’articule autour du plan suivant :

1. Le gaz électronique quantique

a. Niveau de Fermi et densité d’états 

b. Développement de Sommerfeld

B. Propriétés Physiques du gaz d’électrons libres 

a. Conductivité électrique

b. Transport thermique

c. Propriétés magnétiques
 2. Réseau cristallin : phonons et introduction aux structure de bandes  

A. Cohésion et vibrations des réseaux cristallins

a. Rappel sur les structures cristallographiques
b. Cohésion des solides
c. Phonons (relation de dispersion et propriétés)

B. Notions de bandes dans les solides périodiques

b. Effet de « repliement » des bandes paraboliques

Il permet à tous jeunes physiciens de découvrir les concepts fondamentaux à l'origine des propriétés électroniques, thermiques et magnétiques de la matière. Un approfondissement de ces concepts est proposé en option au semestre 8 en Physique du Solide 2 (calcul de la structure électronique dans les systèmes périodiques et instabilités électroniques) et les effets de corrélations (interactions e/e) sont traités en Master 2 (parcours matière quantique). Le cours (10 séances) est complété par 8 TDs permettant d’approfondir et de compléter les concepts introduits en cours. 

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Descriptif

Ce cours présente des manières géométriques de traiter et résoudre des problèmes décrits par des équations différentielles.

        - chapitre I : Introduction : généralités sur les systèmes dynamiques

        - chapitre II : Systèmes unidimensionnels : Les points fixes, linéarisation et stabilité, Exemple : le modèle logistique, Existence et unicité des solutions d'équations différentielles ordinaires

        - chapitre III :  Bifurcations : Bifurcation selle-nœud, Bifurcation transcritique, Bifurcation transcritique imparfaite, Bifurcation fourche, Bifurcation fourche supercritique, Bifurcation fourche sous-critique, Bifurcation fourche supercritique imparfaite

        - chapitre IV :  Champ de vecteur sur un cercle : Oscillateur uniforme, Oscillateur non-uniforme

        - chapitre V : Flots bidimensionnels et applications : Existence et unicité des solutions et conséquences topologiques, Systèmes linéaires, Systèmes non-linéaires : linéarisation proche des points fixes, Cycles limites, Le théorème de Poincaré-Bendixson, Systèmes Liénard, Systèmes gradients, Fonctions de Liapunov

        - chapitre VI : Bifurcations bidimensionnelles : Bifurcations selle-nœud, transcritique et fourche, Bifurcation de Hopf, Bifurcations globales de cycles

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La première partie de ce cours aborde les notions élémentaires de la physique nucléaire. Après une introduction sur la structure du noyau, nous aborderons les lois de désintégrations et de réactions nucléaires. Les processus de désintégrations alpha, beta et gamma seront décrits en détail de même que la fission. Nous terminerons par une présentation des modèles nucléaire tel que le modèle en couche. Dans une seconde partie, les notions de base de la physique des particules, telles que la classification des particules élémentaires et les interactions fondamentales, les symétries, les diagrammes de Feynman et la recherche du boson de Higgs au LHC.

Contacts : M. Kuna marine.kuna @ univ-grenoble-alpes.fr

S. Roccia roccia @ lpsc.in2p3.fr

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Objectifs

Les lasers sont des dispositifs incontournables dans beaucoup de domaines de la haute technologie. Les applications sont de plus en plus nombreuses, allant des télécommunications à la fusion thermonucléaire, ce qui nécessite une activité importante en matière de recherche et développement pour les décennies à venir.

Ce cours/TD a pour objectif de préparer les étudiants de Master à ces nouveaux enjeux technologiques, en leur donnant les connaissances nécessaires sur le principe et le fonctionnement des lasers.

I Introduction

            I.1 Principes de base

            I.2 Champ disciplinaire du cours

            I.2 Rappels sur la lumière (ondes électromagnétiques, photons)

II Le milieu amplificateur

            II.1 Rappel sur la statistique de Boltzmann

            II.2 Interaction entre un système atomique à 2 niveaux et le rayonnement électromagnétique émis par un corps noir

                        II.2.1 Absorption

                        II.2.2 Emission spontanée

                        II.2.3 Emission stimulée

                        II.2.4 Relations d’Einstein

            II.3 Propagation d’une onde électromagnétique dans un système à 2 niveaux présentant une   largeur de raie

            II.4 Origines de la largeur de raie

                        II.4.1 Elargissement homogène

                        II.4.2 Elargissement inhomogène

            II.5 Systèmes permettant l’inversion de population et modes de pompage associés

                        II.5.1 Systèmes à 3 niveaux

                                   II.5.1.1 Transition laser entre le niveau supérieur et le niveau intermédiaire                             avec pompage optique

                                   II.5.1.2 Transition laser entre le niveau supérieur et le niveau intermédiaire                             avec pompage électrique

• Excitation directe : lasers à argon et à vapeur de cuivre
• Excitation indirect : lasers helium-neon et CO₂

                                   II.5.1.3 transition laser entre le niveau intermédiaire et le niveau                                             fondamental avec pompage optique

• Laser à Rubis

                        II.5.2 Systèmes à 4 niveaux ou équivalent 4 niveaux avec pompage optique

• Solides diélectriques : YAG :Nd, YVO₄:Nd, Sapphire :Ti
• Colorants liquides

                        II.5.3 Systèmes exiplexes gazeux avec pompage électrique

                        II.5.4 Emission laser dans les semi-conducteurs

                                   II.5.4.1 Principe

                                   II.5.4.2 Laser à homo-jonction

                                   II.5.4.3 Laser à hétéro-jonction

III Le résonateur

            III.1 Seuil d’oscillation

            III.2 Régimes temporels (1^ère partie)

                        III.2.1 Les équations du laser

                        III.2.2 Durée de vie des photons dans la cavité

                        III.2.3 Régime continu

                        III.2.4 Régime déclenché (impulsions micro- et nano-secondes)

            III.3 Modes propres d’une cavité

                        III.3.1 Faisceaux gaussiens

                        III.3.2 Critère de stabilité

                        III.3.3 Critère de résonance – Modes propres

                        III.3.4 Filtrage des modes propres

                        III.3.5 Finesse de cavité

            III.5 Régimes temporelles (2^ème partie) - Laser multi-modes synchronisés

                        III.5.1 Lasers impulsionnels picosecondes

                        III.5.2 Lasers impulsionnels femto-secondes

            III.6 Création et modulation des pertes d’une cavité

                        III.6.1 Déclenchement actif

                                   III.6.1.1 Modulateur électro-optique

                                   III.6.1.2 Modulateur acousto-optique

• Onde acoustique progressive
• Onde acoustique stationnaire

                        III.6.2 Déclenchement passif par absorbant saturable

IV Cohérences

            IV.1 Cohérence spatiale

            IV.2 Cohérence temporelle

V Les applications du laser

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Modélisation semi-classique du laser:

Théorie et applications de la dynamique des lasers

Chapitre A) Objectif et plan du cours

Chapitre B) Equation de Maxwell-Bloch [I, II, III, VI]

B.1) Equation de Maxwell des ondes

B.2) Equation de Bloch de la matière

B.3) Equations de Maxwell-Bloch du laser

 Chapitre C) Dynamique des lasers [II, IV, VIII]

C.0) Les différentes classes de la dynamique laser

C.1) Régime transitoire

C.2) Régime modulé

C.3) Régime pulsé

Chapitre D) Bruit des lasers [V, VII, VIII]

D.0) Propriétés de base des signaux de bruit

D.1) Bruit de photon

D.2) Bruit de phase et de fréquence

D.3) Les forces de Langevin

D.4) Exemples de RIN du bruit de puissance

et de DSP de bruit de fréquence d’un laser 

Chapitre E) Métrologie utilisant la dynamique des lasers

E.1) Imagerie LOFI (Laser Optical Feedback Imaging)

E.2) Spectrosopie ICLAS (Intra Cavity Laser Absorption Spectroscopy)

Référence bibliographique

[I] : Lasers, Anthony E. Siegman, Univesity Science Book, Mill valley, Caifornia (1986)

[II] : Les lasers Daniel Hennequin, Véronique Zehnlé, Didier Dangoise, Dunod, Paris (2013)

[III] : Laser Fundamentals William, T. Silfvast, Cambridge University press (1996)

[IV] : Physique des processus dans les générateurs de rayonnement optique cohérent, Edition MIR Moscou, (1981)

[V] : Laser Diode : Modulation and Noise, Klaus Petermann, Kluwer Academic Publishers (1988)

[VI] : Les phénomènes quantiques : Elie Belorizky, Nathan Université, Paris (1997)

[VII] : Probabilités et statistiques, Elie Belorisky, Nathan Université, Paris (1998)

[VIII] : L’ordre dans le chaos ; Pierre Bergé, Yves Pommeau, Christian Vidal Hermann, Paris (1988)

Responsable: 

Eric.Lacot @ univ-grenoble-alpes.fr

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The aim of this course is to give an overview of modelling using partial differential equations.
Contents:

• Types of equations, conservation laws
• Finite differences methods
• Laplace equation
• Parabolic equations (diffusion)
• Hyperbolic equations (propagation)
• Non linear hyperbolic equations

The course is mutualized with Ensimag 2A 4MMIS and M1 MSIAM.

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 Le cours donne les bases de la physique des semi-conducteurs et permet de comprendre le principe de fonctionnement de quelques dispositifs électroniques à base de semi-conducteurs. Il présente ainsi les concepts de bandes , trous, masse effective, densités équivalentes d’états. Le dopage introduit les notions de porteurs intrinsèques/extrinsèques, compensation, équation de neutralité. Pour l’aspect dispositifs, nous verrons les propriétés de courant de diffusion, conduction, jonction PN, effet de champ, capacité/transistor MOS, hétéro(-nano-)structures, diodes électroluminescentes. Les 10 séances de cours (dont 1 TD en amphi) sont complétées par 7 séances de TDs.

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Cette UE a pour objectif d’initier les étudiants à la gestion de projet depuis la définition du thème jusqu’à la présentation des résultats obtenus sous forme de mini-conférence. Après une séance de « speed dating » les étudiants forment des équipes en fonction de leurs centres d’intérêts scientifiques et balayent les laboratoires de la place grenobloise pour trouver une équipe d’accueil. C’est avec elle qu’est défini le sujet, qui peut donc couvrir des thématiques très variées. S’en suit une démarche complète d’un projet de recherche dans le domaine académique avec :

• Au semestre 7 : la rédaction d’un pré-projet (évalués par les « pairs »), un travail bibliographique présenté lors d’une session poster, un projet complet et une soutenance.
• Au semestre 8 : la réalisation d’un « stage » (6 à 8 demi-journées en laboratoire), qui se conclut par un rapport et une soutenance sous forme de mini-conférence avec rédaction d’un abstract.

Cette expérience de travail de groupe se transfère naturellement à toute démarche projet. A noter que l’essentiel de l’UE se déroule sous forme de projets tutorés en « totale autonomie » et que l’ensemble des rendus et des présentations se fait en anglais, pour une première immersion dans ce que pourrait être votre futur environnement professionnel.

The aim of this course is to introduce students to project management, from the definition of the theme to the presentation of the results obtained in the form of a mini-conference. After a "speed dating" session, students form teams according to their scientific interests, and scan the laboratories of the Grenoble area to find a host team. It's with this team that the subject is defined, which can cover a wide variety of themes. This is followed by a complete approach to an academic research project:

• Semester 7: drafting of a pre-project (peer-reviewed), bibliographical work presented at a poster session, full project and oral presentation,
• Semester 8: an "internship" (6 to 8 half-days in the laboratory), culminating in a report and presentation in the form of a mini-conference with an abstract.

This experience of group work is naturally transferable to any project approach. It should be noted that most of the course takes the form of "totally autonomous" tutored projects, and that all reports and presentations are made in English, for a first immersion in what could be your future professional environment.

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Ce cours est basé sur le plan suivant :

- Chap I : Introduction : Pourquoi l'analyse des données. Notion de probabilité. Analyse, fréquentiste/bayésienne

- Chap II : Elements de statistiques : Quelques rappels sur les bases de la statistique. Description et transformation de variables aléatoires à plusieurs dimensions. Distributions remarquables.

- Chap III : Processus stochastique : Processus stochastiques remarquables. Systèmes linéaires et théorie fréquentielle. Filtrage.

- Chap IV : Méthodes Monte-Carlo : Principes et mise en oeuvre de simulation Monte-Carlo. Générateur de nombres pseudo-aléatoires à une et plusieurs dimensions.

- Chap V : Inférence bayésienne : Théorème de Bayes. Marginalisation. Méthode MCMC. Paramètres de nuisance. Evidence et sélection de modèles.

 - Chap VI : Analyse fréquentiste : Test d'hypothèse : Principe et construction d'un test. Test linéaire. Réseau de neurones. Arbres de décision.

 - Chap VII : Analyse fréquentiste : Estimation : Méthode du maximum de vraisemblance et du chi2. Paramètres de nuisances et vraisemblances profilées.

Contacts: G. Maurin gilles.maurin @ lapp.in2p3.fr

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Les séances sont organisées en utilisant le logiciel LabVIEW selon le plan suivant :

- TD 1 (4h)  Introduction au logiciel d’acquisition de données et de pilotage d’instruments LabVIEW. Prise en main des différents outils.

- TP 2-3-4 : Acquisition et traitement des données (12h)

Test de la carte d’acquisition avec utilisation d’un générateur de fonctions. Utilisation du logiciel NIMax (driver d’instruments).

Théorie de l’échantillonnage. Théorème de Shannon.

Découverte des fonctions Daqmx pour les acquisitions de données et des fonctions liées au traitement du signal (spectre de puissance, spectre auto, FFT). Tracé des graphes en fréquence. Analyse des données.

Apodisation, interpolation et moyennage du signal.

- TP 5-6-7 : Pilotage d’instruments (12h) 

Découverte et test du matériel : multimètre de table, générateur de fonctions, filtre passe bas et des différents types d’interface (GPIB, USB, LAN)

-Pilotage logiciel du multimètre avec choix de la fonction de mesure (AC, DC, fréquence…), gamme et résolution.

-Développement logiciel pour piloter le générateur de fonctions (forme d’onde, fréquence, amplitude, offset)

-Mise en place d’un programme permettant de piloter plusieurs appareils en même temps et d’automatiser l’incrémentation de la fréquence du générateur, la lecture du gain du système et le tracé du diagramme de Bode du filtre passe bas.

Détermination de la fréquence de coupure de ce filtre.

Contact: Muriel Lagauzère

Muriel.lagauzere @ univ-grenoble-alpes.fr

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Le cours est divisé en deux parties

La première partie (8C+9TD) se focalise sur les processus de transfert d'énergie par conduction et par rayonnement en traitant les échanges convectifs de manière phénoménologique.

Le formalisme de la thermodynamique hors équilibre est introduit dans le premier chapitre. Cela permet d'introduire les coefficients de transport :

                    -conductivité électrique,

                    -conductivité thermique et

                    -pouvoir thermoélectrique,

de manière cohérente.

Le second chapitre se focalise sur la résolution de l'équation de la chaleur dans un régime stationnaire 1D avec ou sans source volumique. L'approximation des ailettes est introduite pour son importance pratique.

La notion fondamentale de résistance de contact est introduite dans les limites des interfaces acoustiques et diffuses. Une ouverture vers les transferts thermiques dans les systèmes biologiques perfusés est présentée avec l'équation de Penne.

Le troisième chapitre présente des méthodes de résolution de l'équation de la chaleur en deux dimensions, séparation des variables et problème de Sturm-Liouville.

Le quatrième chapitre considère les problèmes non stationnaires.

Le cinquième chapitre se consacre aux transferts par rayonnement et au calcul des facteurs de forme.

Le sixième chapitre étudie les limites de l'équation de Fourier.

La seconde partie se focalise sur la résolution des équations couplées de l'hydrodynamique et du transfert d'énergie dans des configurations d'écoulement laminaire:

 -équations de transport de quantité de mouvement ; Équations de Navier Stokes; Transport d'enthalpie; Équation de convection; Transport d'entropie.

 -Couches limites laminaires ; Solutions auto-similaires; Équations intégrales et applications.

 -Écoulements de Falkner Skan; Nombres dimensionnels fondamentaux en convection laminaire.

 -Écoulements laminaires internes ; solutions générales de la distribution de la température avec flux et température constants à la paroi.

 -Convection naturelle laminaire ; approximations de Boussinesq; solutions intégrales; stratification.

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Cette UE a pour objectif d’initier les étudiants à la gestion de projet depuis la définition du thème jusqu’à la présentation des résultats obtenus sous forme de mini-conférence. Après une séance de « speed dating » les étudiants forment des équipes en fonction de leurs centres d’intérêts scientifiques et balayent les laboratoires de la place grenobloise pour trouver une équipe d’accueil. C’est avec elle qu’est défini le sujet, qui peut donc couvrir des thématiques très variées. S’en suit une démarche complète d’un projet de recherche dans le domaine académique avec :

• Au semestre 7 : la rédaction d’un pré-projet (évalués par les « pairs »), un travail bibliographique présenté lors d’une session poster, un projet complet et une soutenance.
• Au semestre 8 : la réalisation d’un « stage » (6 à 8 demi-journées en laboratoire), qui se conclut par un rapport et une soutenance sous forme de mini-conférence avec rédaction d’un abstract.

Cette expérience de travail de groupe se transfère naturellement à toute démarche projet. A noter que l’essentiel de l’UE se déroule sous forme de projets tutorés en « totale autonomie » et que l’ensemble des rendus et des présentations se fait en anglais, pour une première immersion dans ce que pourrait être votre futur environnement professionnel.

The aim of this course is to introduce students to project management, from the definition of the theme to the presentation of the results obtained in the form of a mini-conference. After a "speed dating" session, students form teams according to their scientific interests, and scan the laboratories of the Grenoble area to find a host team. It's with this team that the subject is defined, which can cover a wide variety of themes. This is followed by a complete approach to an academic research project:

• Semester 7: drafting of a pre-project (peer-reviewed), bibliographical work presented at a poster session, full project and oral presentation,
• Semester 8: an "internship" (6 to 8 half-days in the laboratory), culminating in a report and presentation in the form of a mini-conference with an abstract.

This experience of group work is naturally transferable to any project approach. It should be noted that most of the course takes the form of "totally autonomous" tutored projects, and that all reports and presentations are made in English, for a first immersion in what could be your future professional environment.

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Ce cours a deux objectifs principaux: 

1- Fournir un panorama assez vaste des applications de la dynamique des fluides neutres (hydrodynamique ou HD) en astrophysique. Seront ainsi abordés:

- l’équilibre des systèmes auto-gravitants, l’effondrement gravitationnel et la formation des disques circumstellaires

- les écoulements supersoniques et points critiques associés, la formation des chocs et ondes de détonation (supernovae)    

- la théorie des disques d’accrétion turbulents autour des trous noirs et des étoiles en formation

2- Fournir les hypothèses et les équations maitresses de la magnéto-hydrodynamique (ou MHD), qui est une description monofluide des plasmas. Quelques applications astrophysiques seront ensuite abordées:
 - ondes magnétiques d'Alfven et magnétosoniques    

- bouclier magnétique s’opposant à l’effondrement des nuages

Nous aborderons également, en fin de cours, ce qui est la certainement l’expérience de physique la plus longue de l’humanité, aux conséquences potentiellement majeures sur le devenir de nos sociétés, à savoir la production d’énergie électrique par fusion thermonucléaire contrôlée (ITER et autres machines à confinement magnétique).  

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Chapitre I : Introduction et rappels

- Les unités subatomiques

- Rudiments de dosimétrie

- Rappels de géométrie (2D - 3D, changement de variables et matrice Jacobienne de la transformation)

- Boite à outils en relativité restreinte

Chapitre II : Interaction Rayonnements Matière

- L'atome dans tous ses états

- Les photons : modes d'interactions, section efficace, coefficients d'atténuation

- Les neutrons

- La perte d'énergie des électrons et des anti-électrons

- La perte d’énergie des particules chargées : pouvoir d’arrêt collisionnel et établissement de la formule de Bethe et Bloch

- Pouvoir d’arrêt radiatif et introduction au rayonnement de freinage

- Compléments sur le dE/dx, pic de Bragg

- Combinaison des interactions photons – électrons : gerbes électromagnétiques

- La perte d’énergie des particules chargées massives

- La différence des pouvoirs d’arrêt

Chapitre III : la détection des particules

- Détecteurs gazeux et modes de détection (chambres d'ionisation, amplification proportionnelle et mode Geiger)

- D’autres détecteurs gazeux

- Les détecteurs solides à base de semi-conducteur : silicium, germanium, diamant

- Les détecteurs à scintillation, production, amplification et mesure de la lumière de scintillation

- Effets de détecteurs, chaine de mesure et spectrométrie gamma

- Exemples d'applications de détecteurs : tomographie par émission de positrons, contaminamètres et détecteurs de particules au LHC

- Le microscope électronique à balayage

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CM/TD

• Introduction

Quelques prix Nobel… rayons, ondes et quanta

• Optique des systèmes centrés

Optique géométrique, résolution, pupilles, aberrations géométriques et chromatiques

• Formation des images

Réponse impulsionnelle et fonctions de transfert

• Microscopies

Les différentes méthodes, dont celles basées sur la fluorescence, la microscopie confocale

• Télescopes

Résolution, turbulences et optique adaptative, synthèse d’ouverture

• Spectrométrie et détection

Ondes stationnaires, détection, échantillonnage et spectroscopie

2 TPs au choix parmi 3 :

• Synthèse d’ouverture (IPAG)

• Imagerie cohérente (LIPhy)

• Microscopie de fluorescence (LIPhy)

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In this course, we will introduce the basics of “classical” high-performance computing (HPC) in the context of applied mathematics.

It will be based on the three main pillars of HPC:

1) Single-core performance:
Students will be made familiar with the basics of computer architectures such as the Instruction Set Architecture (ISA), Memory access, Caches, Registers, Stack, Pipelining, Superscalar execution, SIMD. This allows them to understand the single-core performance of programs.

2) Shared-memory systems:
Students will be made familiar to shared-memory HPC systems and their parallelization models. For practical aspects, we will use the OpenMP programming model with its fork-join and tasking models.

3) Distributed-memory systems:
In this part, the students will learn how to use MPI to parallelize their programs on large scale super computers.

Besides these three main pillars, students will be made familiar to theoretical concepts such as scalability models (Amdahl, Gustafson), Flynn's taxonomy, von-Neumann architecture, etc.

Different lab assignments allow the students to gain a practical understanding of high-performance computing.

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Il s'agit d'une UE de travaux pratiques liés à la mesure en mécanique des fluides notamment des écoulements turbulents. Des séances de travaux pratiques auront lieu dans les locaux du LEGI et utiliseront des installations pédagogiques ou de recherche de ce laboratoire (par exemple la grande soufflerie du LEGI). Certaines séances se dérouleront en salle informatique pour le traitement de données expérimentales. Le contenu est susceptible de varier d'une année à l'autre selon la disponibilité des installations. Parmi les techniques utilisées: anémométrie à fil chaud, tube de Pitot, analyse d'image, vélocimétrie par image de Particules (PIV). 

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L'étude des dispositifs élémentaires de la microélectronique (jonctions PN, capacités MOS et MIM, transistors TMOS) est abordée de façon détaillée, de façon théorique. Une description simple des stratégies d'innovation est détaillée, qui s'appuie sur la miniaturisation des dispositifs par les développements technologiques en photolithographie, puis en matériaux et en architecture.

Au cours de 20h de Travaux pratiques réalisés en salle blanche et en salle de caractérisation, des dispositifs élémentaires (jonction PN et capacités MOS) sont élaborés, puis caractérisés électriquement. Une initiation aux procédés d'élaboration par plasma froid (dépôt, gravure) sera effectuée en salle blanche également.

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Ce cours est la suite de physique du solide I, il est composé de deux parties:

1. Electrons dans un potentiel périodique 

Rappel de l'UE Physique du solide I (DoS, niveau de Fermi). Réseau réciproque et théorème de Bloch. Relation de dispersion : Kronig-Penney, électrons presque libres et liaisons fortes (multi-bandes). Notions de DFT, introduction à la topologie (phase géométrique).

2. Propriétés électroniques et thermiques

Métaux/Isolants (de bande), influence du désordre (localisation faible + Anderson) et des corrélations. Conductivité électrique : phonons (ρ(T )) et transport dépendant du spin (MR géante). Conductivité thermique ⇾ relation de Wiedemann-Franz (effet Seebeck).

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The goal of this teaching unit is to work on a numerical subject related to physics. The students generally work in pairs on a subject that they have defined on their own or by choosing from a list that has been given to them. They must write numerical simulation code using Python for the modeling and numerical simulation of a physical phenomenon. The evaluation is done on the basis of a report produced by the students.

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Ce cours est basé sur le plan suivant :

- Chap I : Introduction : Pourquoi l'analyse des données. Notion de probabilité. Analyse, fréquentiste/bayésienne

- Chap II : Elements de statistiques : Quelques rappels sur les bases de la statistique. Description et transformation de variables aléatoires à plusieurs dimensions. Distributions remarquables.

- Chap III : Processus stochastique : Processus stochastiques remarquables. Systèmes linéaires et théorie fréquentielle. Filtrage.

- Chap IV : Méthodes Monte-Carlo : Principes et mise en oeuvre de simulation Monte-Carlo. Générateur de nombres pseudo-aléatoires à une et plusieurs dimensions.

- Chap V : Inférence bayésienne : Théorème de Bayes. Marginalisation. Méthode MCMC. Paramètres de nuisance. Evidence et sélection de modèles.

 - Chap VI : Analyse fréquentiste : Test d'hypothèse : Principe et construction d'un test. Test linéaire. Réseau de neurones. Arbres de décision.

 - Chap VII : Analyse fréquentiste : Estimation : Méthode du maximum de vraisemblance et du chi2. Paramètres de nuisances et vraisemblances profilées.

Contacts: G. Maurin gilles.maurin @ lapp.in2p3.fr

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Les séances sont organisées en utilisant le logiciel LabVIEW selon le plan suivant :

- TD 1 (4h)  Introduction au logiciel d’acquisition de données et de pilotage d’instruments LabVIEW. Prise en main des différents outils.

- TP 2-3-4 : Acquisition et traitement des données (12h)

Test de la carte d’acquisition avec utilisation d’un générateur de fonctions. Utilisation du logiciel NIMax (driver d’instruments).

Théorie de l’échantillonnage. Théorème de Shannon.

Découverte des fonctions Daqmx pour les acquisitions de données et des fonctions liées au traitement du signal (spectre de puissance, spectre auto, FFT). Tracé des graphes en fréquence. Analyse des données.

Apodisation, interpolation et moyennage du signal.

- TP 5-6-7 : Pilotage d’instruments (12h) 

Découverte et test du matériel : multimètre de table, générateur de fonctions, filtre passe bas et des différents types d’interface (GPIB, USB, LAN)

-Pilotage logiciel du multimètre avec choix de la fonction de mesure (AC, DC, fréquence…), gamme et résolution.

-Développement logiciel pour piloter le générateur de fonctions (forme d’onde, fréquence, amplitude, offset)

-Mise en place d’un programme permettant de piloter plusieurs appareils en même temps et d’automatiser l’incrémentation de la fréquence du générateur, la lecture du gain du système et le tracé du diagramme de Bode du filtre passe bas.

Détermination de la fréquence de coupure de ce filtre.

Contact: Muriel Lagauzère

Muriel.lagauzere @ univ-grenoble-alpes.fr

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Le cours est divisé en deux parties

La première partie (8C+9TD) se focalise sur les processus de transfert d'énergie par conduction et par rayonnement en traitant les échanges convectifs de manière phénoménologique.

Le formalisme de la thermodynamique hors équilibre est introduit dans le premier chapitre. Cela permet d'introduire les coefficients de transport :

                    -conductivité électrique,

                    -conductivité thermique et

                    -pouvoir thermoélectrique,

de manière cohérente.

Le second chapitre se focalise sur la résolution de l'équation de la chaleur dans un régime stationnaire 1D avec ou sans source volumique. L'approximation des ailettes est introduite pour son importance pratique.

La notion fondamentale de résistance de contact est introduite dans les limites des interfaces acoustiques et diffuses. Une ouverture vers les transferts thermiques dans les systèmes biologiques perfusés est présentée avec l'équation de Penne.

Le troisième chapitre présente des méthodes de résolution de l'équation de la chaleur en deux dimensions, séparation des variables et problème de Sturm-Liouville.

Le quatrième chapitre considère les problèmes non stationnaires.

Le cinquième chapitre se consacre aux transferts par rayonnement et au calcul des facteurs de forme.

Le sixième chapitre étudie les limites de l'équation de Fourier.

La seconde partie se focalise sur la résolution des équations couplées de l'hydrodynamique et du transfert d'énergie dans des configurations d'écoulement laminaire:

 -équations de transport de quantité de mouvement ; Équations de Navier Stokes; Transport d'enthalpie; Équation de convection; Transport d'entropie.

 -Couches limites laminaires ; Solutions auto-similaires; Équations intégrales et applications.

 -Écoulements de Falkner Skan; Nombres dimensionnels fondamentaux en convection laminaire.

 -Écoulements laminaires internes ; solutions générales de la distribution de la température avec flux et température constants à la paroi.

 -Convection naturelle laminaire ; approximations de Boussinesq; solutions intégrales; stratification.

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Ce cours a deux objectifs principaux: 

1- Fournir un panorama assez vaste des applications de la dynamique des fluides neutres (hydrodynamique ou HD) en astrophysique. Seront ainsi abordés:

- l’équilibre des systèmes auto-gravitants, l’effondrement gravitationnel et la formation des disques circumstellaires

- les écoulements supersoniques et points critiques associés, la formation des chocs et ondes de détonation (supernovae)    

- la théorie des disques d’accrétion turbulents autour des trous noirs et des étoiles en formation

2- Fournir les hypothèses et les équations maitresses de la magnéto-hydrodynamique (ou MHD), qui est une description monofluide des plasmas. Quelques applications astrophysiques seront ensuite abordées:
 - ondes magnétiques d'Alfven et magnétosoniques    

- bouclier magnétique s’opposant à l’effondrement des nuages

Nous aborderons également, en fin de cours, ce qui est la certainement l’expérience de physique la plus longue de l’humanité, aux conséquences potentiellement majeures sur le devenir de nos sociétés, à savoir la production d’énergie électrique par fusion thermonucléaire contrôlée (ITER et autres machines à confinement magnétique).  

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Chapitre I : Introduction et rappels

- Les unités subatomiques

- Rudiments de dosimétrie

- Rappels de géométrie (2D - 3D, changement de variables et matrice Jacobienne de la transformation)

- Boite à outils en relativité restreinte

Chapitre II : Interaction Rayonnements Matière

- L'atome dans tous ses états

- Les photons : modes d'interactions, section efficace, coefficients d'atténuation

- Les neutrons

- La perte d'énergie des électrons et des anti-électrons

- La perte d’énergie des particules chargées : pouvoir d’arrêt collisionnel et établissement de la formule de Bethe et Bloch

- Pouvoir d’arrêt radiatif et introduction au rayonnement de freinage

- Compléments sur le dE/dx, pic de Bragg

- Combinaison des interactions photons – électrons : gerbes électromagnétiques

- La perte d’énergie des particules chargées massives

- La différence des pouvoirs d’arrêt

Chapitre III : la détection des particules

- Détecteurs gazeux et modes de détection (chambres d'ionisation, amplification proportionnelle et mode Geiger)

- D’autres détecteurs gazeux

- Les détecteurs solides à base de semi-conducteur : silicium, germanium, diamant

- Les détecteurs à scintillation, production, amplification et mesure de la lumière de scintillation

- Effets de détecteurs, chaine de mesure et spectrométrie gamma

- Exemples d'applications de détecteurs : tomographie par émission de positrons, contaminamètres et détecteurs de particules au LHC

- Le microscope électronique à balayage

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CM/TD

• Introduction

Quelques prix Nobel… rayons, ondes et quanta

• Optique des systèmes centrés

Optique géométrique, résolution, pupilles, aberrations géométriques et chromatiques

• Formation des images

Réponse impulsionnelle et fonctions de transfert

• Microscopies

Les différentes méthodes, dont celles basées sur la fluorescence, la microscopie confocale

• Télescopes

Résolution, turbulences et optique adaptative, synthèse d’ouverture

• Spectrométrie et détection

Ondes stationnaires, détection, échantillonnage et spectroscopie

2 TPs au choix parmi 3 :

• Synthèse d’ouverture (IPAG)

• Imagerie cohérente (LIPhy)

• Microscopie de fluorescence (LIPhy)

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In this course, we will introduce the basics of “classical” high-performance computing (HPC) in the context of applied mathematics.

It will be based on the three main pillars of HPC:

1) Single-core performance:
Students will be made familiar with the basics of computer architectures such as the Instruction Set Architecture (ISA), Memory access, Caches, Registers, Stack, Pipelining, Superscalar execution, SIMD. This allows them to understand the single-core performance of programs.

2) Shared-memory systems:
Students will be made familiar to shared-memory HPC systems and their parallelization models. For practical aspects, we will use the OpenMP programming model with its fork-join and tasking models.

3) Distributed-memory systems:
In this part, the students will learn how to use MPI to parallelize their programs on large scale super computers.

Besides these three main pillars, students will be made familiar to theoretical concepts such as scalability models (Amdahl, Gustafson), Flynn's taxonomy, von-Neumann architecture, etc.

Different lab assignments allow the students to gain a practical understanding of high-performance computing.

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Il s'agit d'une UE de travaux pratiques liés à la mesure en mécanique des fluides notamment des écoulements turbulents. Des séances de travaux pratiques auront lieu dans les locaux du LEGI et utiliseront des installations pédagogiques ou de recherche de ce laboratoire (par exemple la grande soufflerie du LEGI). Certaines séances se dérouleront en salle informatique pour le traitement de données expérimentales. Le contenu est susceptible de varier d'une année à l'autre selon la disponibilité des installations. Parmi les techniques utilisées: anémométrie à fil chaud, tube de Pitot, analyse d'image, vélocimétrie par image de Particules (PIV). 

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L'étude des dispositifs élémentaires de la microélectronique (jonctions PN, capacités MOS et MIM, transistors TMOS) est abordée de façon détaillée, de façon théorique. Une description simple des stratégies d'innovation est détaillée, qui s'appuie sur la miniaturisation des dispositifs par les développements technologiques en photolithographie, puis en matériaux et en architecture.

Au cours de 20h de Travaux pratiques réalisés en salle blanche et en salle de caractérisation, des dispositifs élémentaires (jonction PN et capacités MOS) sont élaborés, puis caractérisés électriquement. Une initiation aux procédés d'élaboration par plasma froid (dépôt, gravure) sera effectuée en salle blanche également.

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Ce cours est la suite de physique du solide I, il est composé de deux parties:

1. Electrons dans un potentiel périodique 

Rappel de l'UE Physique du solide I (DoS, niveau de Fermi). Réseau réciproque et théorème de Bloch. Relation de dispersion : Kronig-Penney, électrons presque libres et liaisons fortes (multi-bandes). Notions de DFT, introduction à la topologie (phase géométrique).

2. Propriétés électroniques et thermiques

Métaux/Isolants (de bande), influence du désordre (localisation faible + Anderson) et des corrélations. Conductivité électrique : phonons (ρ(T )) et transport dépendant du spin (MR géante). Conductivité thermique ⇾ relation de Wiedemann-Franz (effet Seebeck).

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The goal of this teaching unit is to work on a numerical subject related to physics. The students generally work in pairs on a subject that they have defined on their own or by choosing from a list that has been given to them. They must write numerical simulation code using Python for the modeling and numerical simulation of a physical phenomenon. The evaluation is done on the basis of a report produced by the students.

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Ce cours est basé sur le plan suivant :

- Chap I : Introduction : Pourquoi l'analyse des données. Notion de probabilité. Analyse, fréquentiste/bayésienne

- Chap II : Elements de statistiques : Quelques rappels sur les bases de la statistique. Description et transformation de variables aléatoires à plusieurs dimensions. Distributions remarquables.

- Chap III : Processus stochastique : Processus stochastiques remarquables. Systèmes linéaires et théorie fréquentielle. Filtrage.

- Chap IV : Méthodes Monte-Carlo : Principes et mise en oeuvre de simulation Monte-Carlo. Générateur de nombres pseudo-aléatoires à une et plusieurs dimensions.

- Chap V : Inférence bayésienne : Théorème de Bayes. Marginalisation. Méthode MCMC. Paramètres de nuisance. Evidence et sélection de modèles.

 - Chap VI : Analyse fréquentiste : Test d'hypothèse : Principe et construction d'un test. Test linéaire. Réseau de neurones. Arbres de décision.

 - Chap VII : Analyse fréquentiste : Estimation : Méthode du maximum de vraisemblance et du chi2. Paramètres de nuisances et vraisemblances profilées.

Contacts: G. Maurin gilles.maurin @ lapp.in2p3.fr

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Les séances sont organisées en utilisant le logiciel LabVIEW selon le plan suivant :

- TD 1 (4h)  Introduction au logiciel d’acquisition de données et de pilotage d’instruments LabVIEW. Prise en main des différents outils.

- TP 2-3-4 : Acquisition et traitement des données (12h)

Test de la carte d’acquisition avec utilisation d’un générateur de fonctions. Utilisation du logiciel NIMax (driver d’instruments).

Théorie de l’échantillonnage. Théorème de Shannon.

Découverte des fonctions Daqmx pour les acquisitions de données et des fonctions liées au traitement du signal (spectre de puissance, spectre auto, FFT). Tracé des graphes en fréquence. Analyse des données.

Apodisation, interpolation et moyennage du signal.

- TP 5-6-7 : Pilotage d’instruments (12h) 

Découverte et test du matériel : multimètre de table, générateur de fonctions, filtre passe bas et des différents types d’interface (GPIB, USB, LAN)

-Pilotage logiciel du multimètre avec choix de la fonction de mesure (AC, DC, fréquence…), gamme et résolution.

-Développement logiciel pour piloter le générateur de fonctions (forme d’onde, fréquence, amplitude, offset)

-Mise en place d’un programme permettant de piloter plusieurs appareils en même temps et d’automatiser l’incrémentation de la fréquence du générateur, la lecture du gain du système et le tracé du diagramme de Bode du filtre passe bas.

Détermination de la fréquence de coupure de ce filtre.

Contact: Muriel Lagauzère

Muriel.lagauzere @ univ-grenoble-alpes.fr

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Le cours est divisé en deux parties

La première partie (8C+9TD) se focalise sur les processus de transfert d'énergie par conduction et par rayonnement en traitant les échanges convectifs de manière phénoménologique.

Le formalisme de la thermodynamique hors équilibre est introduit dans le premier chapitre. Cela permet d'introduire les coefficients de transport :

                    -conductivité électrique,

                    -conductivité thermique et

                    -pouvoir thermoélectrique,

de manière cohérente.

Le second chapitre se focalise sur la résolution de l'équation de la chaleur dans un régime stationnaire 1D avec ou sans source volumique. L'approximation des ailettes est introduite pour son importance pratique.

La notion fondamentale de résistance de contact est introduite dans les limites des interfaces acoustiques et diffuses. Une ouverture vers les transferts thermiques dans les systèmes biologiques perfusés est présentée avec l'équation de Penne.

Le troisième chapitre présente des méthodes de résolution de l'équation de la chaleur en deux dimensions, séparation des variables et problème de Sturm-Liouville.

Le quatrième chapitre considère les problèmes non stationnaires.

Le cinquième chapitre se consacre aux transferts par rayonnement et au calcul des facteurs de forme.

Le sixième chapitre étudie les limites de l'équation de Fourier.

La seconde partie se focalise sur la résolution des équations couplées de l'hydrodynamique et du transfert d'énergie dans des configurations d'écoulement laminaire:

 -équations de transport de quantité de mouvement ; Équations de Navier Stokes; Transport d'enthalpie; Équation de convection; Transport d'entropie.

 -Couches limites laminaires ; Solutions auto-similaires; Équations intégrales et applications.

 -Écoulements de Falkner Skan; Nombres dimensionnels fondamentaux en convection laminaire.

 -Écoulements laminaires internes ; solutions générales de la distribution de la température avec flux et température constants à la paroi.

 -Convection naturelle laminaire ; approximations de Boussinesq; solutions intégrales; stratification.

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L’objectif de ce cours est d’introduire les notions de base sur la théorie du chaos classique. Nous commencerons par étudier des exemples emblématiques qui permettent d’appréhender l’émergence et les caractéristiques fondamentales du chaos, puis nous introduirons différents outils permettant d’analyser les propriétés des systèmes chaotiques. Nous aborderons l’émergence du chaos dans les systèmes Hamiltoniens, en illustrant les théorèmes fondamentaux de Kolmogorov-Arnold-Moser et Poincaré-Birkhoff sur les perturbations d’un système intégrable. Nous explorerons également le chaos dans un système dissipatif, à travers l’étude du modèle de Lorenz et de son attracteur étrange.

Plan du cours

I- Introduction – déterminisme, chaos et stochasticité

II- Systèmes dynamiques en temps discret – étude générale, application logistique, diagramme de bifurcations, caractérisation du chaos

III- Fractales – définition, ensemble de Cantor, dimension fractale

IV- Systèmes dynamiques en temps continu – champs de vecteurs, points fixes et stabilité, ensembles attracteurs, exposants de Lyapunov, fonction de Lyapunov, section de Poincaré.

V- Dynamique Hamiltonienne, transition vers le chaos – théorie de Hamilton-Jacobi des systèmes intégrables, théorèmes fondamentaux sur les perturbations d’un système intégrable et applications, hyperbolicité et mélange

VI-  Attracteur étrange de Lorenz – modèle de Lorenz, points fixes et attracteurs, application de Lorenz et application de Poincaré

Organisation

12h CM,  7.5h TD et 4h TP

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Ce cours a deux objectifs principaux: 

1- Fournir un panorama assez vaste des applications de la dynamique des fluides neutres (hydrodynamique ou HD) en astrophysique. Seront ainsi abordés:

- l’équilibre des systèmes auto-gravitants, l’effondrement gravitationnel et la formation des disques circumstellaires

- les écoulements supersoniques et points critiques associés, la formation des chocs et ondes de détonation (supernovae)    

- la théorie des disques d’accrétion turbulents autour des trous noirs et des étoiles en formation

2- Fournir les hypothèses et les équations maitresses de la magnéto-hydrodynamique (ou MHD), qui est une description monofluide des plasmas. Quelques applications astrophysiques seront ensuite abordées:
 - ondes magnétiques d'Alfven et magnétosoniques    

- bouclier magnétique s’opposant à l’effondrement des nuages

Nous aborderons également, en fin de cours, ce qui est la certainement l’expérience de physique la plus longue de l’humanité, aux conséquences potentiellement majeures sur le devenir de nos sociétés, à savoir la production d’énergie électrique par fusion thermonucléaire contrôlée (ITER et autres machines à confinement magnétique).  

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Chapitre I : Introduction et rappels

- Les unités subatomiques

- Rudiments de dosimétrie

- Rappels de géométrie (2D - 3D, changement de variables et matrice Jacobienne de la transformation)

- Boite à outils en relativité restreinte

Chapitre II : Interaction Rayonnements Matière

- L'atome dans tous ses états

- Les photons : modes d'interactions, section efficace, coefficients d'atténuation

- Les neutrons

- La perte d'énergie des électrons et des anti-électrons

- La perte d’énergie des particules chargées : pouvoir d’arrêt collisionnel et établissement de la formule de Bethe et Bloch

- Pouvoir d’arrêt radiatif et introduction au rayonnement de freinage

- Compléments sur le dE/dx, pic de Bragg

- Combinaison des interactions photons – électrons : gerbes électromagnétiques

- La perte d’énergie des particules chargées massives

- La différence des pouvoirs d’arrêt

Chapitre III : la détection des particules

- Détecteurs gazeux et modes de détection (chambres d'ionisation, amplification proportionnelle et mode Geiger)

- D’autres détecteurs gazeux

- Les détecteurs solides à base de semi-conducteur : silicium, germanium, diamant

- Les détecteurs à scintillation, production, amplification et mesure de la lumière de scintillation

- Effets de détecteurs, chaine de mesure et spectrométrie gamma

- Exemples d'applications de détecteurs : tomographie par émission de positrons, contaminamètres et détecteurs de particules au LHC

- Le microscope électronique à balayage

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CM/TD

• Introduction

Quelques prix Nobel… rayons, ondes et quanta

• Optique des systèmes centrés

Optique géométrique, résolution, pupilles, aberrations géométriques et chromatiques

• Formation des images

Réponse impulsionnelle et fonctions de transfert

• Microscopies

Les différentes méthodes, dont celles basées sur la fluorescence, la microscopie confocale

• Télescopes

Résolution, turbulences et optique adaptative, synthèse d’ouverture

• Spectrométrie et détection

Ondes stationnaires, détection, échantillonnage et spectroscopie

2 TPs au choix parmi 3 :

• Synthèse d’ouverture (IPAG)

• Imagerie cohérente (LIPhy)

• Microscopie de fluorescence (LIPhy)

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In this course, we will introduce the basics of “classical” high-performance computing (HPC) in the context of applied mathematics.

It will be based on the three main pillars of HPC:

1) Single-core performance:
Students will be made familiar with the basics of computer architectures such as the Instruction Set Architecture (ISA), Memory access, Caches, Registers, Stack, Pipelining, Superscalar execution, SIMD. This allows them to understand the single-core performance of programs.

2) Shared-memory systems:
Students will be made familiar to shared-memory HPC systems and their parallelization models. For practical aspects, we will use the OpenMP programming model with its fork-join and tasking models.

3) Distributed-memory systems:
In this part, the students will learn how to use MPI to parallelize their programs on large scale super computers.

Besides these three main pillars, students will be made familiar to theoretical concepts such as scalability models (Amdahl, Gustafson), Flynn's taxonomy, von-Neumann architecture, etc.

Different lab assignments allow the students to gain a practical understanding of high-performance computing.

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Il s'agit d'une UE de travaux pratiques liés à la mesure en mécanique des fluides notamment des écoulements turbulents. Des séances de travaux pratiques auront lieu dans les locaux du LEGI et utiliseront des installations pédagogiques ou de recherche de ce laboratoire (par exemple la grande soufflerie du LEGI). Certaines séances se dérouleront en salle informatique pour le traitement de données expérimentales. Le contenu est susceptible de varier d'une année à l'autre selon la disponibilité des installations. Parmi les techniques utilisées: anémométrie à fil chaud, tube de Pitot, analyse d'image, vélocimétrie par image de Particules (PIV). 

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L'étude des dispositifs élémentaires de la microélectronique (jonctions PN, capacités MOS et MIM, transistors TMOS) est abordée de façon détaillée, de façon théorique. Une description simple des stratégies d'innovation est détaillée, qui s'appuie sur la miniaturisation des dispositifs par les développements technologiques en photolithographie, puis en matériaux et en architecture.

Au cours de 20h de Travaux pratiques réalisés en salle blanche et en salle de caractérisation, des dispositifs élémentaires (jonction PN et capacités MOS) sont élaborés, puis caractérisés électriquement. Une initiation aux procédés d'élaboration par plasma froid (dépôt, gravure) sera effectuée en salle blanche également.

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Ce cours est la suite de physique du solide I, il est composé de deux parties:

1. Electrons dans un potentiel périodique 

Rappel de l'UE Physique du solide I (DoS, niveau de Fermi). Réseau réciproque et théorème de Bloch. Relation de dispersion : Kronig-Penney, électrons presque libres et liaisons fortes (multi-bandes). Notions de DFT, introduction à la topologie (phase géométrique).

2. Propriétés électroniques et thermiques

Métaux/Isolants (de bande), influence du désordre (localisation faible + Anderson) et des corrélations. Conductivité électrique : phonons (ρ(T )) et transport dépendant du spin (MR géante). Conductivité thermique ⇾ relation de Wiedemann-Franz (effet Seebeck).

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The goal of this teaching unit is to work on a numerical subject related to physics. The students generally work in pairs on a subject that they have defined on their own or by choosing from a list that has been given to them. They must write numerical simulation code using Python for the modeling and numerical simulation of a physical phenomenon. The evaluation is done on the basis of a report produced by the students.

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