L1 Portail Mathématiques, Physique

Objectif : Introduction aux quatres forces fondamentales et constituants élémentaires de la nature : gravitation, électromagnétisme, interactions fortes et faibles, fondaments de la cosmologie et de la physique des particules

Contenu : Revue des objets et phénomènes physiques du plus grand vers le plus petit: de l'univers aux atomes, noyaux, radioactivité, les particules élémentaires. Evolution de l'univers du Big Bang à la formation des galaxies. Eléments de la relativité restreinte et de la relativité générale. Fondements de la gravité : espaces courbes, le champ gravitationnel, le trou noir. Eléments de la de théorie des champs : la dualité champ-particules. Fondements de l'électromagnétisme: les champs électriques et magnétiques, la diffusion électron-électron en électromagnétisme classique et en électromagnétisme quantique. La force forte : protons, neutrons, quarks, gluons. La force faible : neutrinos, bosons intermédiaires, le boson de Higgs. Les processus de production de nouvelles particules. Résumé: analogies et différences entre les quatre forces fondamentales. Les frontières actuelles de nos connaissances des lois fondamentales, les modèles standards de la cosmologie et de la physique des particules

Evolution de l'univers du Big Bang jusqu'aujourd'hui Eléments de la théorie de la relativité et de la théorie de champs La physique des particules : Electrodynamique, Interaction forte L'interaction faible et le boson de Higgs La recherche de nouvelles particules.

Programme:

Le formalisme de l'électronique numérique, Représentation des nombres entiers positifs, Algèbre de Boole, Représentations des fonctions logiques Utilisation des circuits intégrés électroniques TP: Mise en oeuvre des opérateurs logiques

Conception de fonctions combinatoires, Analyse d'un problème électronique, Simplification des équations logiques TP: Conception et réalisation d'un système combinatoire **

Conception de fonctions séquentielles, Notions de base de la logique séquentielle, Fonctions séquentielles élémentaires TP: Conception et réalisation d'un circuit séquentiel simple

Macro-Fonctions séquentielles Mise en oeuvre de composants intégrés complexes TP: Conception et réalisation d'un circuit séquentiel complexe

Les Machines à états finis, Machine de Moore, Démarche d'analyse d'un automate TP: Analyse d'un automate et conception de l'électronique associée **

Démarche de synthèse d'un automate TP: Conception et réalisation d'un automate

Formalisme de l'électronique numérique Conception de fonctions combinatoires Conception de fonctions séquentielles Macro-Fonctions séquentielles Les Machines à états finis Démarche de synthèse d'un automate

"Electronique Numérique", Tran Tien Lang, DUNOD, ISBN:2225847118

Listes des ateliers culturels proposés en UE libres. Chaque atelier est par semestre. Il dure 25 heures pouvant inclure, selon l'atelier, un volume d'heure de travail personnel et donne droit à 2,5 crédits ECTS :

• Afreubo (orchestre harmonique),
• orchestre symphonique,
• musique assistée par ordinateur,
• théâtre Aztec,
• théâtre classique,
• théâtre d'impro TIPS,
• théâtre et éloquence (uniquement au 1er semestre),
• écriture créative,
• arts visuels et dessin,
• photo,
• ikebana,
• initiation à l'oenologie,
• game design (uniquement au 1er semestre).

Objectif :quelques grands problèmes de l'astrophysique Contenu :

les effets de marée
la matière sombre dans l'Univers
la formation des étoiles
l'effet de serre
l'expansion de l'Univers

Quelques grands problèmes de l'astrophysique:

les effets de marée
la matière sombre dans l'Univers
la formation des étoiles
l'effet de serre
l'expansion de l'Univers

Objectif : Décrire simplement des phénomènes de la vie quotidienne qui impliquent la mécanique des fluides, dans la veine du livre "Ce que disent les fluides" d'E. Guyon, J.-P. Hulin et L. Petit, Belin 2010.

Contenu :

Pourquoi les canards nageant sur un étang ont un sillage en forme de "V" ? Pourquoi un ballon de foot peut-il avoir une trajectoire courbée ? Pourquoi la trajectoire d'une balle légère n'est pas une parabole ? Comment la température de l'air peut-elle augmenter du jour au lendemain de plus de 10 degrés , Pourquoi de petits objets flottant à la surface de l'eau ont-ils tendance à se rassembler en radeau ? Pourquoi dit-on "c'est la goutte d'eau qui fait déborder le vase" ? Pourquoi se forme-t-il un tourbillon lors de la vidange d'une baignoire ? Un voilier peut-il aller plus vite que le vent ? Est-ce que tous les fluides sont égaux ? (fluides élastiques, non-newtoniens) Comment plane un oiseau ? Seiche, mascaret et tsunami. Pourquoi certaines rivières font-elles des méandres ? Comment les dunes de sable avancent ? Qu'est ce que la convection thermique ? Pourquoi certains écoulements sont dit laminaires et d'autres turbulents ?

L'idée est qu'à partir d'une source documentaire (fournie par les enseignants ou les étudiants), les étudiants préparent une petite liste de questions ou problèmes et l'on essaye dans une séance suivante d'y répondre ensemble ou de manière participative.

Introduction à l’hydrodynamique à travers un certain nombre d’exemples tirés de la vie quotidienne.

Objectif :Donner des notions de physique de base aux étudiants pour appréhender les enjeux liés à la production d'énergie et à sa consommation.

Contenu :

Différentes sources de production d'énergie utilisées actuellement:les combustibles fossiles, l'énergie nucléaire et les énergies renouvelables
Consommation, production, stockage, répercussions sur l'environnement
Processus physiques fondamentaux, production d'énergie à l'échelle industrielle,
Notions physiques abordées: radioactivité, fission, interaction des rayonnements avec la matière,
quelques éléments de thermodynamique et de physique des solides.
Méthodes de production d'énergie innovantes (nouveaux réacteurs nucléaires, fusion nucléaire, hydrogène) introduites par des intervenants extérieurs

contexte énergétique mondial quantification des besoins sources d'énergie (fossiles, solaire, nucléaire) processus de transformations (machines, capteurs, réacteurs) impacts sur l'environnement

LANGUE GÉNÉRALE. Cette UE s'adresse à tout étudiant rencontrant des difficultés d’expression en Français à fin de lui premettre d’améliorer ses productions langagières aussi bien dans le domaine de l'Expression écrite (EE) que de l'Expression orale (EO). Concrètement les compétences que l'on cherchera à développer sont : améliorer la qualité de la langue (syntaxe, morphosyntaxe), apprendre à organiser ses idées (argumentation, synthèse), s'approprier efficacement la langue en tant qu'outil de communication et d'interaction (vocabulaire, niveaux de langue, culture générale). Les compétences à développer pourront avoir une application transdisciplinaire immédiate et participeront à la réussite de l'étudiant dans sons parcours universitaire mais aussi, à moyen terme, dans son insertion professionnelle.

Les séances de TD de l'UE Réussir alternent ateliers, mises en pratiques et, dans une moindre mesure, apports théoriques sur les différentes thématiques comme l’attention, la mémoire, les techniques (prises de notes, extraction d’informations, résolution d’exercices). Un mini-colloque, permet, à travers des présentations réalisées en équipe par les étudiants, de découvrir les aspects biologiques, neurologiques ou cognitifs de l’apprentissage. Cette activité se termine par un moment convivial de partage entre étudiants et enseignants.

Tout au long du semestre, un carnet d’apprentissage est utilisé par les étudiants pour décrire leurs activités et leurs réflexions. Ces carnets permettent de réfléchir à ses pratiques afin, éventuellement, de les améliorer.

L'objectif de l'UE est de permettre à l'étudiant : de se donner des méthodes de travail efficaces, de contrôler sa motivation, son attention, son stress, d'exploiter l’information scientifique dans son domaine d’étude, de résoudre des problèmes dans son domaine d’étude.

Mireille Houart, Réussir sa première année, De boeck, 2017 Guide de réflexion sur les stratégies d’apprentissage à l’université, Université du Quebec, ,

Objectif :Montrer comment le progrès des connaissances repose à la fois sur les percées technologiques et les avancées de la physique et comment celles-ci ont façonné l'évolution de notre conception de l'Univers. Contribuer à ce que les étudiants s'approprient les nouvelles formes d'enseignement avec les TICE, de manière à développer leur autonomie à partir d'une démarche originale et précise qui est développée selon 5 axes: observer, apprendre, simuler, s'exercer et s'auto-évaluer. Contenu : Trois étapes qui sont significatives d'une rupture des conceptions de l'Univers seront étudiées:

du système géocentrique au système héliocentrique
d'un Univers d'étoiles à un Univers de galaxies
d'un Univers immuable à un Univers en évolution

Des documents historiques seront utilisés pour chacun de ces cas.

Conceptions de l'Univers

Eléments de relativité galiléenne et restreinte
Rayonnement
Systèmes planétaires
Cosmologie.

Séance 1 : cours sur la démarche scientifique, corrélation et causalité, interprétation des graphiques, comparaison entre modèles et expériences. Exemple du dérèglement climatique. Séance 2 : Un premier outil pour la modélisation, les ordres de grandeur. Rappel sur la propagation d’incertitudes Séance 3 : Un premier exemple de modélisation : la résolution de problème Séances 4-6 : Exemple 1 : mesure de la focale du smartphone · Développer le modèle (0,5-1 séance) · TP smartphone (Photo) => rappel mesure des incertitudes · Traitement de données => rappel incertitude sur la pente d’une droite après un ajustement Séance 7 : Résolution de problème (suite) Séances 8-10 : Exemple 2 : mesure des oscillations du pendule · Développer le modèle (0,5-1 séance) · TP smartphone · Traitement de données

Le but de l'UE est de fournir aux étudiants des outils généraux utiles en sciences expérimentales pour comparer théorie et expérience. Il s'agit de travailler la notion de modèle, la notion d'expérience et les outils de comparaison entre les deux (traitement de données, incertitudes...). Le travail se fait sur des exemples concrets qui s'appuient sur le programme de physique vu par ailleurs (optique géométrique, mécanique, thermodynamique).

Enseignement en ligne, suivi sur ecampus, évaluation en ligne, forum. 5 séances, chacune en ligne 2 semaines.

Le SPOC Sens critique/ sicences en sociétés est un enseignement en ligne destiné à sensibiliser les étudiants aux enjeux des interactions sciences et sociétés en développant leur sens critique. Il est constitué de cinq séances d'exercices ludiques portant sur des ressources audio, video et textuelles. Chaque séance est rattachée d'une part à un thème envisageant un champ spécifique de connaissances scientifiques, d'autre part à un questionnement interrogeant un aspect spécifique des interactions sciences/sociétés.

L’objectif du module CLE1 est double : (1) rendre le monde de l’entreprise accessible à des étudiants qui suivent un parcours scientifique en leur expliquant les fondamentaux de façon originale et pédagogique ; (2) donner les bases fondamentales d’Economie générale. L'UE comprend également une journée de rencontres et d'échanges avec des acteurs de l'environnement socio-professionnel, ainsi que des ateliers de travail de la posture et de l'éloquence pour apprendre à mieux se valoriser. Cette UE s’adosse à l’Unité d’Enseignement « Explorer son Environnement Professionnel » (EEP) de façon à permettre aux étudiants de mieux préciser leur projet professionnel.

Définir les différents types d'entreprises. Préciser le vocabulaire de l'entreprise. Discriminer chiffre d'affaire et bénéfices. Discuter autour des principes de base de l'économie générale et de l'entreprise. Prendre la parole en public : transmettre sa pensée, gérer son stress et prendre confiance soi.

Modules sur les principes fondamentaux de l'entreprise et de l'économie générale : 6 séances de 2h de cours et de mise en situation en amphi. Journée des métiers et des formations : échanges avec des acteurs du monde socio-professionnel et témoignages d'anciens étudiants sur leur parcours professionnel. Atelier Lab'Oratoire : 2 séances de 3h ou 3 séances de 2h en groupe de TD.

L’Unité d’Enseignement « Explorer son Environnement Professionnel » a pour objectif d'aider l'étudiant à mettre en place les aspects principaux de son avenir professionnel en l'incitant à devenir acteur de son orientation. Cet enseignement s’inscrit dans l’une des 6 missions du service public de l’enseignement supérieur « L’orientation et l’insertion professionnelle ». La démarche proposée incite l'étudiant de première année à : (1) explorer son futur environnement professionnel ; (2) à définir et/ou préciser son projet en termes d'activité professionnelle, en le confrontant aux réalités de terrain. Il analyse ainsi les aptitudes et connaissances requises pour exercer le métier choisi, qu'il sera à même de développer par le choix de stages, d’options et d’activités dans le cadre intra et extra-universitaire.

La méthodologie suivie est semblable à celle d'une recherche universitaire dans les étapes successives qui mènent du choix du thème à la production du travail final. A l'issue de la présentation générale du contenu et des objectifs du module en amphithéâtre, chaque étudiant choisit un thème qui constitue son "projet professionnel". Il doit ensuite (ce travail se fait en équipe de 3 à 6 étudiants) :

• effectuer une recherche documentaire approfondie et pertinente,
• réaliser des interviews de professionnels,
• rédiger individuellement un document de synthèse,
• faire une présentation orale à l'aide d'un poster. Le travail est évalué à partir de la participation au travail de l’équipe au cours de l'avancement du projet, du dossier écrit, de la soutenance orale et du poster de l'équipe.

L'UE comprend :

• 8 séances de TD de 2h,
• des interviews de professionnels,
• une séance de présentation orale du projet.

Compétences préprofessionnelles : Connaître le métier, les perspectives d’insertion, les entreprises ou organisations Travailler en équipe : s’intégrer, se positionner, collaborer, communiquer et rendre compte Savoir se présenter et présenter sa démarche 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 Organisation

Gilles D., Millaud C., Saulnier-Cazals J., Vuillermet-Cortot M.J. : Projet professionnel de l’étudiant : les nouvelles donnes le livre « Passeurs de futurs » + CD-Rom, Ed. ONISEP (Paris) collection Références, 2002. Gilles D., Saulnier-Cazals J., Vuillermet-Cortot M.J. : SOCRATE, le retour... Pour accompagner la réussite universitaire et professionnelle des étudiants, Ed. Septembre (Québec), 1994.

Attendus de l'UE Langue-Anglais1 : Niveau B1 minimum dans les 5 compétences linguistiques

ANGLAIS GÉNÉRAL. Cette UE s'inscrit dans une approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) avec un travail sur la prononciation des sons voyelles. L'interaction se fait à travers des documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur la problématique de l'éducation et de l'enseignement supérieur et un scénario de communication. La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

1- Intégration Définition, sommes de Riemann, Théorème fondamental d'analyse, Techniques de calcul: IPP, changement de variables Primitives usuelles 2- Equations différentielles: linéaires d'ordre 1 et 2 A variables séparées, équation de Ricatti, d'Euler. 3- Nombres complexes: Exponentielle complexe, racines de l'unité

1- Applications linéaires: Noyau, Image, Théorème du rang

2- Représentation matricielle d'une application linéaire

3- Changement de base

Savoir estimer des incertitudes de mesures, les propager à d’autres variables, exploiter graphiquement les incertitudes, et écrire un résultat avec son incertitude. Savoir rédiger un compte-rendu de TP Savoir effectuer correctement des mesures de garndeurs physiques variées (champ magnétique, capacité calorifique, température, ...) Mettre en oeuvre un dispositif expérimental pour vérifier des lois théoriques de la physique (principe fondamental de la physique, conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, lois des gaz parfaits)

Dans ce module, on apprend à mettre en oeuvre les méthodes numériques pour résoudre des problèmes de mathématiques, physique, chimie et autres sciences quantitatives.

La première moitié du module est dédiée à la prise en main de l'outil numérique, axé sur le langage python et le développement dans un environnement Linux.

Dnas la 2ème partie du module, les premiers outils des méthodes numériques sont étudiés, en particulier, l'interpolation, le calcul d'intégrales, les nombres aléatoires et simulations Monte-Carlo ou encore les estimateurs statistiques.

Chaque séance de cours est accompagnée d'une série de problèmes, portant sur des thématiques scientifiques variées, que l'on résoudra sur ordinateur pendant la séance. L'objectif affiché est d'apprendre à utiliser l'outil numérique, tout en comprenant ses limites, lorsque les méthodes analytiques ne suffisent plus.

Apprentissage du langage python. Développement dans un environnement Linux. Mise en oeuvre de méthodes numériques pour résoudre des problèmes mathématiques ou physiques. Prendre conscience des limites de l'outil numérique.

Forces et champs électriques : loi de Coulomb et forces électriques, distributions de charges discrètes et continues, champ électrique créé par une charge et par un ensemble de charges, lignes de champs, symétries du champ électrostatique. Energie potentielle et potentiel électrostatique : travail de la force électrostatique et énergie potentielle associée. Potentiel créé par une charge et par un ensemble de charges. Relation champ/potentiel, circulation et potentiel électrostatique, surface équipotentielle. Energie électrostatique d’un ensemble de charges. Dipôle électrostatique : potentiel et champ électrostatique à grande distance, dipôle dans un champ extérieur, moment dipolaire. Théorème de Gauss : notions de flux et de surface fermée, théorème de Gauss et applications à des cas simples. Forces et champs magnétiques : forces de Lorentz et de Laplace. Loi de Biot et Savart et applications à des cas simples. Lignes de champs. Relation champ magnétique et

Savoir calculer le potentiel et le champ électrostatique d’une distribution discrète de charges. Savoir procéder à l’analyse des symétries d’un problème d’électrostatique Savoir tracer les lignes de champs et les surfaces équipotentielles de systèmes chargés. Savoir appliquer le théorème de Gauss et le théorème d’Ampère dans des situations simples.

Le but de cette UE est d’initier les étudiants à la mesure physique et à l’instrumentation qui permet cette mesure.

Nous développerons en particulier

les bases du régime permanent et les lois fondamentales de l’électronique (de conservation du flux et de l’énergie)
les bases du régimes variables (transitoires et établis), les notions d’impédances, de régime fréquentiel, de diagramme de Bode  (filtres d’ordre 1 et 2, module et phase
les amplificateurs opérationnels pour l’adaptation en impédance, l’amplification et le filtrage actif

Concevoir, re´aliser et caracte´riser des syste`mes fonctionnels du domaine du ge´nie e´lectrique

Collaborer et travailler de fac¸on autonome

Choisir, manipuler et utiliser les techniques et outils de manie`re autonome en vue de la re´solution d’une proble´matique liée à l'instrumentation

1. Introduction (1h) La mécanique classique dans les théories physiques. Dimensions, unités.

2. Cinématique (4h) Vecteurs position, vitesse et accélération en composantes cartésiennes uniquement. Changement de référentiel en translation uniquement.

3. Principe fondamental de la dynamique (5h) Notion de forces : Gravitation, élastique, frottements solide et visqueux. Enoncé du principe sous sa forme vectoriel la plus générale. Applications aux systèmes 1D ou 2D en coordonnées cartésiennes uniquement. Chute d’un corps à la surface de la Terre, libre, avec frottement, projectile, plan incliné. Oscillations libres. Principe de relativité de Galilée (2h). Notion de référentiels Galiléens. Dynamique et changement de référentiel galiléen. Principe de relativité.

4. Energie (6h) Travail d'une force sur un chemin rectiligne uniquement, mais avec une force qui peut dépendre de la position. Théorème de l'énergie cinétique Forces conservatives, énergie potentielle, théorème de l’énergie mécanique, conservation de l'énergie mécanique. Equilibre et stabilité, oscillation dans le voisinage d’une position d’équilibre stable.

5. Système à deux corps (4h) Mouvement du centre de masse et mouvement relatif. Masse réduite. Conservation de la quantité de mouvement. Référentiel du centre de masse. Chocs élastiques et non élastiques.

Connaître le vocabulaire propre à la cinématique et la mécanique. Mettre en équation des problèmes simples de mécanique du point à 1 ou 2 dimension d'espace, en coordonnées cartésiennes, par application du principe fondamental de la dynamique. Utiliser le théorème de conservation de l'énergie mécanique pour résoudre des problèmes simples de mécanique. Maîtriser les outils mathématiques : trigonométrie, calcul vectoriel, intégration des équations différentielles linéaires à coefficients constants du 1er et 2nd ordre, représentation des fonctions élémentaires.

Gaz parfaits : énergie interne, pression, température, équation d'état, gaz parfaits polyatomiques. 1er principe de la thermodynamique (syst. fermé) : fonctions d'état, énergie interne d'un système, échanges de chaleur, différentes formes de travail. Echanges de chaleur et de travail dans les transformations isotherme, adiabatique, isobare (enthalpie) et isochore. Capacité thermique et notions de calorimétrie.

2 tps de thermodynamique (calorimétrie, gaz parfaits), comptabilisés dans l'UE d'enseignements expérimentaux, viennent compléter cet enseignement théorique.

Connaître le vocabulaire précis utilisé en thermodynamique Connaître l'énoncé du 1er principe de la thermodynamique Savoir calculer les échanges de chaleur et de travail pour des transformations réversibles mettant en jeu des forces de pression, en particulier dans le cas des gaz parfaits. Savoir résoudre des problèmes simples de calorimétrie (sans changement d'état).

1. Mesure physique et traitement des incertitudes (1 cours-TD)

• erreurs systématiques et aléatoires, incertitudes absolue et relative
• estimation des incertitudes à partir des mesures
• propagation des incertitudes d’une variable à une autre
• modélisation et détermination de paramètres avec leurs incertitudes

1. Les bases de l'optique géométrique (1 Cours-TP, 1 cours-TD)

• lois de Snell-Descartes, réflexion totale, minimum de déviation par un prisme
• applications : fibres optiques, mirages
• Mesures de l’indice de réfraction d’un matériau par 3 méthodes différentes

1. Images optiques (1 cours-TP, 1 TD)

• images et stigmatisme, images et objets réels et virtuels
• miroirs & dioptres plans et sphériques
• stigmatisme rigoureux et approché, conditions de Gauss
• relations de conjugaison des miroirs et des dioptres sphériques

1. Lentilles, oeil (2 cours-TP, 2 TD)

• mesure de distances focales par plusieurs méthodes
• relation de conjugaison des lentilles minces.

Savoir estimer des incertitudes de mesures, les propager à d’autres variables, exploiter graphiquement les incertitudes, et écrire un résultat avec son incertitude.
Savoir rédiger un compte-rendu de TP
Réaliser un alignement optique
Réaliser l’image d’une fente ou d’un autre objet réel grâce à une lentille convergente
Connaître le vocabulaire lié à l’optique géométrique
Tracer la propagation d’un rayon lorsqu’il rencontre un dioptre
Construire l’image d’un objet formée par un miroir plan, un miroir sphérique ou une lentille
Utiliser et appliquer les lois de Snell-Descartes et les relations de conjugaison.
Déterminer la distance focale d’une lentille.
Comprendre le fonctionnement de l’œil humain.
Décrire et expliquer quelle couleur sera perçue en fonction de la couleur d’un objet et de la lumière.
Dispersion de la lumière par un prisme.

1- Solution d'équations linéaires, pivot de Gauss 2- Espaces vectoriels Familles libres et génératrices Théorème de la base incomplète Théorème de la dimension

1- Fonctions usuelles et leurs réciproques (trigonométriques, exp, log) 2- Suites numériques: définition et opération sur les limites, suites adjacentes, Théorème Bolzano Weierstass. 3- Fonctions d'une variable réelle: Continuité, TVI, théorème de la bijection Dérivabilité, TAF, Taylor à l'ordre n Dérivée d'une composée, de réciproques Développements limités, calcul de limites