L2 Interface Physique-Chimie

Nomenclature et connaissance des fonctions chimiques simples ; Représentation des molécules (semi-développée, topologique, Newman) ; Calcul du nombre d’insaturations ; Bases en atomistique ; Connaissance des effets électroniques (inductifs et mésomères) ; Notions sur les forces intermoléculaires ; Notions sur les champs magnétiques. Relation de Bohr; Connaissance du spectre électromagnétique ; Loi de Beer-Lambert.

Chromatographie : principe générale de la séparation, introductions aux différents types de chromatographie, conditions d'optimisation de la séparation. Spectroscopie IR : modèle de l'oscillateur harmonique, description des modes de vibration, analyses de spectres en transmittance, utilisation de tables de données de nombres d'onde IR. Spectroscopie RMN proton : bases du phénomène RMN, évaluation du spin, effet Zeeman, fréquence de résonance, précession de Larmor, interaction d'écran électronique, définition de l'échelle de déplacement chimique, interaction de couplage scalaire, triangle de Pascal, équivalence chimique et magnétique, analyses de spectres du 1er ordre simples, utilisation des tables de données RMN proton.

1. Chromatographie 1.1. Principe général 1.2. Chromatographie en phase liquide 1.3. Chromatographie en phase gazeuse 1.4. Facteurs influençant l’élution des composés

2. Spectroscopie IR 2.1. Modèle de l'oscillateur harmonique et fréquence de vibration 2.2. Facteurs influençant la fréquence de vibration 2.3. Les modes de vibration 2.4. Interprétation des bandes par fonctions chimiques

3. Spectroscopie RMN proton 3.1. Principe général 3.2. Le déplacement chimique 3.3. Facteurs influençant le déplacement chimique 3.4. L’équivalence chimique 3.5. L’intégration du signal RMN 3.6. Le couplage scalaire avec des noyaux magnétiquement équivalents 3.7. Cas des protons échangeables Travail expérimental : Un TP Infrarouge et Chromatographie en phase gazeuse (CPG) : Echantillonnage de plusieurs produits et enregistrement de leur spectre IR- Identification de ces produits. Détermination de la composition d’un mélange de composés par CPG grâce à deux types de colonnes de polarité différentes.

Savoir décrire les principes de base de techniques d’analyse et de séparation couramment utilisées en laboratoire (chromatographie, spectroscopie infrarouge (IR) et de résonance magnétique nucléaire (RMN)) Savoir extraire les données pertinentes d’un spectre ou d’un chromatogramme Interpréter les données spectrales en informations structurales

Croiser des données issues de différentes techniques analytiques pour élucider la structure moléculaire d’un composé

Connaissances attendues :

Connaitre la structure du noyau, 
savoir écrire une configuration électronique, 
connaitre les règles de remplissages des OA, 
connaitre les structures de Lewis, 
savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

I. Structure électronique des atomes

1. Notions de chimie quantique : approximation de Born-Oppenheimer, équation de Schrödinger et fonctions d'onde électroniques, densité de probabilité, surfaces nodales
2. Orbitales atomiques : atomes hydrogénoïdes et polyélectroniques II. Structure électronique des molécules
3. Construction d'orbitales moléculaires méthode CLOA, application aux diatomiques homo- et hétéro-nucléaires, interactions à 2 et 3 OA, lien avec la théorie de Lewis
4. Méthode des fragments construction du diagramme d'OM de petites molécules, comparaison de géométrie, règle de la HO, séparation des systèmes ? et ?, nucléophilie et électrophilie 3. spectroscopies et dissociations de petites molécules

• représenter les OA s,p,d (taille, direction, surfaces…) • identifier les propriétés de symétrie des OA/OM • appliquer un modèle simple (type Slater) pour déterminer les énergies des OA d’un atome polyélectronique • établir le diagramme d'OM de molécules simples • analyser un diagramme d'OM « quelconque », identifier les OM ? et ? • faire le lien entre un diagramme d'OM et une structure de Lewis • déduire des propriétés physico-chimiques à partir d'un diagramme d'OM : polarité, caractère acide/base de Lewis, spectroscopie et états électroniques • prédire la réactivité électrophile/nucléophile par l’observation de la HO et de la BV

Les cours seront magistraux, les travaux dirigés (TD) ainsi que les travaux pratiques (TP) auront lieu en petits groupes. Les TP se dérouleront en salle informatique. Un accompagnement sous forme de petits exercices ou de QCM en ligne sera proposé avant chaque TD et en début de chaque cours pour mettre l’accent sur des points précis. Un TP en autonomie sera proposé pour la visualisation des OA. L’UE sera évaluée grâce à un compte-rendu de TP, un partiel et un examen.

• Structure électronique des molécules (tomes 1 et 2), Y. Jean et F. Volatron (Dunod) • Les cours de Paul Arnaud - Chimie Générale (7ème édition du cours de Chimie Physique), P. Arnaud, F. Rouquérol, G. Chambaud, R. Lissillour, A. Boucekkine, R. Bouchet, F. Boulc'h, V. Hornebecq (Dunod) • Chimie physique, P-W Atkins et Julio de Paula (de Boeck) • Traité de Chimie Organique, P. Vollhardt et N. Schore (de Boeck)

Bases en chimie générale et chimie organique de L1 :

De l’atome à la matière
Transformation et propriétés de la matière

Définition d’un complexe et nature de l’interaction métal-ligand Le métal de transition : situation dans le tableau périodique, potentiel d’ionisation, description des orbitales d, énergie des orbitales de valence, configuration électronique Description des ligands : denticité, hapticité,… Description des complexes : Géométrie, décompte électronique, nomenclature, équilibre de complexation (constante de formation, effet chélate) Structure électronique des complexes dans le cadre du modèle de champ cristallin (symétrie octaédrique, tétraèdrique, plan carré, effet Jahn-Teller, champ fort - champ faible, série spectrochimique)

Savoir décrire un complexe d’un métal de transition (savoir le représenter, le nommer et effectuer le décompte électronique des orbitales de valence) Savoir représenter les orbitales d et trouver leur levée de dégénérescence dans différentes géométries dans le cadre du modèle de champ cristallin Savoir interpréter le champ de ligand en fonction de la nature du métal et du ligand Savoir exploiter la configuration électronique pour comprendre des données spectroscopiques simples ( absorption UV-visible , moment magnétique)

1. Identifier le type de réaction en solution aqueuse à l’aide des données thermodynamiques. Connaître les différents types de réaction en solution aqueuse. Savoir équilibrer les équations de réactions chimiques en solution.
2. Définir le sens d’évolution spontanée et l’état d’équilibre d’un système siège d’une réaction chimique. Poser et vérifier les hypothèses simplificatrices dans le but d’établir la composition d’une solution aqueuse à l’équilibre. Prévoir l’état final d’une réaction à l’aide des données thermodynamiques.
3. Définir la composition chimique d’une solution aqueuse en fonction d’un paramètre du système. Exploiter et établir un diagramme de prédominance, d’existence ou de distribution de différentes espèces en solution.
4. Relier la composition d’une pile à la différence de potentiel à ses bornes. Calculer le potentiel d’électrode à l’équilibre. Connaître les éléments constitutifs d'une pile. Construire une pile et identifier son fonctionnement.
5. Réaliser et analyser de manière critique un dosage en solution aqueuse en utilisant plusieurs méthodes. Repérer l’équivalence par différentes méthodes. Exploiter les résultats expérimentaux pour déterminer la concentration d’une espèce dosée. Identifier et analyser les sources d’erreur, évaluer la précision d’un dosage. Comparer la pertinence relative d’une méthode de suivi d’un dosage. Réaliser un étalonnage. Suivre les règles d'hygiène et de sécurité. Connaitre et savoir utiliser le matériel de base du laboratoire chimique.
6. Savoir retrouver une grandeur thermodynamique à partir d’un dosage en solution aqueuse. Exploiter une courbe de dosage pour déterminer une valeur expérimentale d’une constante thermodynamique. Modéliser une courbe de dosage dans un cas simple.

1. Rappels : transformation de la matière et thermochimie (solution aqueuse, réactions en solution, activité chimique d’une espèce, état d’équilibre, constante d'équilibre, enthalpie libre de réaction, sens d’évolution spontanée d’une réaction chimique, théorie acide-base selon Brønsted-Lowry, constante d’acidité et force relative des acides et des bases).
2. Détermination de l’état d’équilibre d’une solution aqueuse : méthode de la réaction prépondérante.
3. Equilibres acide-base : calcul de pH dans des cas simples (acides forts, acides faibles, bases fortes, bases faibles, polyacides, polybases, ampholytes), diagramme de prédominance et de distribution des espèces en fonction du pH, solutions tampons.
4. Equilibres de complexation : notions de base (complexe, ligand), nomenclature, constantes de formation et de dissociation, équilibres successifs, diagrammes de prédominance, prévision du sens d’échange de ligand ou de centre métallique, rôle acido-basique.
5. Équilibres de précipitation-dissolution : notion de solubilité d’un composé ionique, produit de solubilité, solubilité et stœchiométrie des sels, condition de précipitation, domaine d'existence d'un solide, facteurs influençant la solubilité d'une espèce (effet d'ion commun, pH, complexation), précipitation sélective des cations métalliques en solution aqueuse.
6. Équilibres d’oxydoréduction : degré d'oxydation, couple redox, réaction d’oxydoréduction (équilibrer une équation de réaction redox par la méthode des demi-réactions, calculer une constante d’équilibre, prévoir le sens d’une réaction redox), notion d’une cellule électrochimique (circuit ouvert, mode galvanique et régime d’électrolyse), fonctionnement d’une pile (pile Daniell), différents types d’électrode, potentiel d’oxydoréduction, approche empirique de la relation de Nernst, force électromotrice d’une pile et enthalpie libre de réaction, facteurs influençant le potentiel redox (précipitation, complexation, pH), potentiel standard apparent, introduction aux diagrammes potentiel – pH.
7. Analyse en solution aqueuse : diverses méthodes de dosage (direct, en retour, par étalonnage), équilibres chimiques et dosages (acide/base, redox, complexométrique, par précipitation), relation à l’équivalence, détection de l’équivalence (colorimétrie, conductimétrie, potentiométrie), choix d’un indicateur coloré, dosages simultanés et successifs, estimation de l’incertitude de la mesure lors d'un dosage.

Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, exercices WIMS).

1. Chimie analytique. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler. Traduction et révision scientifique de la 7ème édition américaine par C. Buess-Herman, J. Dauchot-Weymeers et F. Dumont. De Boeck, 2006.
2. Chimie physique. P. W. Atkins, J. De Paula. Traduction de la 9ème édition américaine par J. Toullec. De Boeck, 2013.
3. Chimie Tout-En-Un MPSI-PTSI. B. Fosset. Collection : j'intègre tout-en-un. Dunod, 2004.
4. Exos Résolus - Prépas Chimie PCSI. J. Calafell, B Champin, B. Durand, D. Nogue, J.-B. Rote, D. Vivares. Hachette Éducation, 2015.
5. De l’oxydoréduction à l’électrochimie. Y. Verchier, F. Lemaître. Ellipses, 2006. Tout autre ouvrage de niveau Licence sur le programme détaillé ci-dessus.

Chimie de la L1 parcours PCST ou BCST, chimie de la L1 santé.

1- Généralités sur les mécanismes réactionnels Liaison chimique Diagramme énergétique d’une réaction Etat de transition et intermédiaire réactionnel Cinétique chimique

2- Réactions de substitution nucléophile Caractère nucléophile/électrophile d’une espèce chimique Notion de groupe partant Substitution nucléophile d’ordre 1 Substitution nucléophile d’ordre 2

3- Réactions de b-élimination Elimination d’ordre 1 Elimination d’ordre 2

4- Alcènes

Réactivité et conséquences stéréochimiques Réactions d’addition (polymérisation cationique) Réactions d’oxydation

5- Dérivés carbonylés, Description et réactivité de la fonction carbonyle Préparation des aldéhydes et cétones Réactions illustrant leur utilisation en synthèse organique

6- Dérivés carboxylés, Description et réactivité de la fonction carboxyle Préparation des acides carboxyliques, esters et amides Réactions illustrant leur utilisation en synthèse organique (polyesters et polyamides)

OA 1 : Décrire les aspects thermodynamiques et cinétiques des réactions organiques (diagramme énergétique, état de transition et intermédiaire réactionnel). OA 2 : Maîtriser les mécanismes simples des réactions utiles en chimie organique. OA 3 : Acquérir les notions de réactivité des fonctions principales de la chimie organique permettant la préparation de molécules et polymères organiques.

Enseignements avec cours magistraux et travaux dirigés. Mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques, documents de cours et TD, annales de partiels et d’examens.

Maxi Fiches de chimie organique, E. Chelain, N. Lubin-Germain, J. Uziel ; éditions Dunod Chimie organique, les grands principes, J. McMurry ; éditions Dunod Chimie organique. Généralités, études des grandes fonctions et méthodes spectroscopiques; N. Rabasso ; éditions de Boeck.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

I - Introduction (exemples, expériences, définitions, grandeurs). II - Représentations mathématiques et graphiques des ondes. III - Ondes sur une corde tendue. IV - Les ondes sonores. V – Les ondes stationnaires. VI – Réflexion et transmission des ondes. VII – L’effet Doppler.

3 TP : Ondes progressives ultrasonores, ondes stationnaires sur une corde vibrante, phénomènes ondulatoires sur l’eau.

Savoir effectuer des calculs simples pour quantifier le phénomène ondulatoire lors d’applications courantes (phénomènes naturels : tsunami, écholocation animale ; instruments de mesure : échographie médicale, sonar ; sons : isolation acoustique, instruments de musique ; etc.)

• Maitriser le concept d’énergie appliqué aux ondes (énergie par unité de longueur/volume, transport d’énergie, réflexion et transmission aux interfaces).
• Comprendre le lien entre perturbations locales du milieu de propagation et propriétés macroscopiques des ondes.

Electromagnétisme I (S2, L1) et Electromagnétisme II (S3, L2)

1. Retour sur le concept de Champ Magnétique, Loi de Biot et Savart, potentiel vecteur.
2. Théorème d’Ampère, forme locale, forme intégrale ; Règles de symétrie et d’invariance.
3. Energie magnétostatique.
4. Induction : rappel sur la force de Laplace et la force de Lorentz ; loi de Lenz.
5. Coefficients d’induction.
6. Electrocinétique des circuits RLC.
7. Propagation dans un câble coaxial d’un signal à haute fréquence.
8. Ondes électromagnétiques dans le vide, ondes planes harmoniques.
9. Potentiel vecteur, Invariance de jauge.
10. Energie magnétostatique, vecteur de Poynting.
11. Onde électromagnétique à l’interface entre le vide et un conducteur parfait (norm., tang.).
12. Propagation d’une onde TEM entre deux plans conducteurs ; retour sur le câble coaxial.
13. Propagation d’une onde électromagnétique dans un conducteur ohmique l.h.i. ; règles de continuité à l’interface entre deux milieux linéaires homogènes isotropes.
14. Equation des télégraphistes, effet de peau.

Induction magnétique Couplages dynamiques des champs électriques et magnétiques Energie électromagnétique Ondes électromagnétiques dans le vide et dans un conducteur

Electromagnétisme I (S2, L1)

Outil mathématique : système de coordonnées, éléments surfaciques et volumiques, intégrale surfacique et volumique. Objectif : savoir calculer des intégrales surfaciques et volumiques.

• Champ électrique produit une distribution continue de charges. Introduction des symétries et invariances. Objectif : calcul du champ électrique dans les cas usuels par la méthode intégrale.
• Outil mathématique : Flux d'un champ de vecteurs, divergence, théorème de la divergence, circulation, rotationnel, théorème de Stokes. Gradient. Circulation du gradient d'une fonction. Objectif : savoir calculer le flux d'un champ de vecteurs et un rotationnel. Savoir utiliser le théorème de la divergence et le théorème de Stokes.
• Théorème de Gauss : version intégrale et locale. Objectif : savoir calculer le champ électrique produit par les distributions de charges usuels (plan, sphère ...). Connaître les équations locales de l'électrostatique.
• Potentiel électrique. Objectif : savoir calculer le potentiel électrique d'une distribution de charge. Savoir calculer le champ électrique à partir du potentiel.
• Energie électrostatique. Objectif : savoir calculer l'énergie électrostatique d'une distribution de charge.
• Conducteurs à l'équilibre, effet de pointe, capacité, condensateur : capacité d'un condensateur et énergie électrostatique. Objectif : connaître les caractéristiques d'un conducteur à l'équilibre. Savoir étudier un condensateur.
• Courant : densité de courant, conductivité électrique, loi d'Ohm.
• Généralité sur le champ magnétique et loi de Biot et Savart.

Compréhension qualitative et analyse quantitative des phénomènes électrostatiques. Capacité à résoudre des problèmes à solutions analytiques (haut degré de symétrie).

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST
2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST
3. UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST
4. Partie sur l’énergie de l’UE Mécanique 1 du L1 S1 PCST

Cours/TD

1. Compléments sur le second principe de la thermodynamique 1.1. Prévision du caractère réversible / irréversible d’une transformation par le calcul de la création d’entropie 1.2. Calculs d’entropie de changement d’état
2. Autres réactions conventionnelles : réactions de création / dissociation de liaisons, réactions donnant accès à l’enthalpie réticulaire, réactions d’ionisation, réactions donnant accès à l’affinité électronique 2.1. Applications des deux principes 2.2. Calculs des grandeurs thermodynamiques associées notamment via des cycles de Hess complexes pouvant faire intervenir un ou plusieurs changements d’état 2.3. Notion de température de flamme
3. Enthalpie libre 3.1. Identité thermodynamique 3.2. Potentiels thermodynamiques, grandeurs molaires partielles, potentiel chimique 3.3. Critère énergétique d’évolution / d’équilibre, lois de variation de l’enthalpie libre avec la pression et avec la température 3.4. Expression du potentiel chimique dans les cas idéaux (gaz parfaits, liquide, soluté en solution infiniment diluée, solide) 3.5. Relation de Clausius-Clapeyron : équilibre entre phases d’un corps pur
4. Réactions chimiques : applications de l’enthalpie libre et équilibres chimiques 4.1. Applications de l’enthalpie libre aux réactions chimiques : condition nécessaire pour une réaction se fasse, prévision des réactions à température constante, diagrammes d’Ellingham, condition d’équilibre 4.2. Description des équilibres homogènes et hétérogènes à l’aide de la constante d’équilibre, prévision du sens d’évolution spontanée d’un mélange à l’aide du quotient de réaction 4.3. Déplacement d’équilibres : règle des phases, lois de déplacement des équilibres TP Détermination de chaleurs de réactions Etudes de grandeurs standard de réactions

1. Déterminer le caractère irréversible ou non d’une transformation en calculant la création d’entropie
2. Faire le bilan des transferts d’énergie (travail et chaleur) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état
3. Faire le bilan de la variation d’entropie (associée au désordre) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état
4. Prédire le sens d’évolution d’un système
5. Construire le diagramme de phases d’un corps pur en utilisant les conditions d’équilibre entre phases
6. Construire et utiliser les diagrammes d’Ellingham pour prévoir la réactivité des métaux et leurs oxydes
7. Formuler la condition d’équilibre d’un système physico-chimique en termes de potentiel chimique (et retrouver la loi d’action de masse)

Cours, TD et TP en présentiel. Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus). Partiel et examen.

1. Thermodynamique et équilibres chimiques par Alain Gruger aux éditions Dunod
2. Thermodynamique dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jean-Louis Queyrel aux éditions Bréal
3. Thermodynamique et cinétique chimiques, équilibres chimiques en solution aqueuse dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jacques Mesplède aux éditions Bréal
4. Thermodynamique par Hubert Lumbroso aux éditions Ediscience International

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

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

Connaître quelques aspects expérimentaux de la dualité onde-corpuscule. Savoir résoudre l’équation de Schrödinger stationnaire dans des cas de potentiel simple : marches, barrières et puits.

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

• Phénomènes ondulatoires : ondes mécaniques

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

Plan du cours I Nature ondulatoire de la lumière

ondes électromagnétiques : intensité, chemin optique, phase

II Interférences à deux ondes

différence de marche
ordre d’interférence
contraste

III Interféromètre à division d’amplitude

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

IV Diffraction de la lumière en lumière monochromatique

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

Contenu des projets expérimentaux (4 séances de 4h)

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

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

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

L1 PCST - Atomes , molécules, solides L1 BCST - Chimie 1 : De l’atome à la matière

Cours/TD

1. Rappels 1.1 notions de maille, de motif et de périodicité 1.2 notion de modes de réseau 1.3 calculs de masse volumique, de compacité
2. Construction des structures types 2.1 modèle des sphères dures tangentes, construction des empilements métalliques 2.2 sites d’insertion : localisation et taille 2.3 solutions solides d’insertion ou de substitution 2.4 solides ioniques : conditions de stabilité, polyèdres de coordination
3. Cohésion et propriétés des solides cristallins 3.1 lien entre la nature des liaisons et la cohésion du réseau cristallin 3.2 énergie réticulaire : cycles thermodynamique, modèle de sphères dures 3.3 propriétés mécaniques (ductile, fragile) 3.4 propriétés électriques (isolant, métal)

TP

1. manipulation de modèles de structures cristallines

TDi

1. utilisation d’un logiciel de visualisation de structures cristallines

1. Savoir décrire le solide cristallin en termes de motifs, de réseau périodique.
2. Connaître les structures types des solides cristallins dans le cadre du cristal parfait. Savoir prédire la nature des interstices occupés par un élément dans un réseau. Savoir décrire une structure en termes d’empilements de polyèdres.
3. Connaître les différentes natures de liaison dans la matière condensée et leur lien avec la cohésion du réseau cristallin.
4. Comprendre les relations entre structures cristallines et nature des liaisons, et propriétés physico-chimiques

Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus).

Chimie des Solides, J-F. Marucco, EDP Sciences 2004, (cours + exercices)

Chimie des matériaux inorganiques : 2de année PC-PC*, A. Durupthy et coll., H Prepa, 2000 (cours + exercices)

Equations différentielles d’ordre 1 et 2. Equations à variables séparées, équations linéaires d'ordre 2 à coefficients constants.

• Intégrales curvilignes, intégrales doubles.
• Fonctions de plusieurs variables, gradient, hessien, lignes de niveau, points critiques
• Formule de Green-Riemann.

Maîtriser les bases du calcul différentiel, orienté vers les applications à la physique ou à la chimie.

Equations différentielles, par R. Bronson 515.35 BRO équ Les équations différentielles par J.B. Hiriart-Urruty 515.35 HIR équ. Intégrales curvilignes et de surface, M. Lofficial et D. Tanré 515.4 LOF int.

Mathématiques L1 iPC + Mathématiques S3 iPC

1. Systèmes différentiels Introduction, rappels sur les équations différentielles, systèmes différentiels, systèmes différentiels linéaires, analyse qualitative des équations différentielles, stabilité des systèmes différentiels.
2. Séries entières et séries de Fourier Suites numériques, séries numériques, séries entières, séries de Fourier, développement des fonctions en séries entières et en série de Fourier.

Savoir résoudre une équation différentielle linéaire du 1er ou du 2ème ordre à coefficients constants. Savoir transformer une équation différentielle d’ordre élevé en un système différentiel du 1er ordre. Savoir identifier les points critiques d’un système différentiel à 1D ou 2D et effectuer une analyse qualitative des solutions. Savoir effectuer les développements de fonctions en série entière ou en série de Fourier.

Aucun prérequis en informatique ou en programmation n’est nécessaire

Introduction au langage Python : Notions de variables, tableaux, tracé de graphiques Eléments d’algorithmique : tests, boucles, fonctions Travaux pratiques : résolutions numériques de problèmes simples en physique ou en chimie (trajectoire en mécanique newtonienne, marche aléatoire, cinétique chimique…)

Développer un algorithme pour résoudre numériquement un problème simple de physique ou de chimie Ecrire un programme utilisant le langage Python pour résoudre numériquement un problème simple de physique ou de chimie Utiliser des bibliothèques de Python (notamment scipy) pour la résolution numérique de problèmes mathématiques rencontrées en physique en chimie (intégration, équation différentielle…) Réaliser des graphiques simples avec la librairie matplotlib

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

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

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

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

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

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

Le travail se fera par groupes de niveau.

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

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

Compétences :

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

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

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

PLAN pour 8 séances :

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

?Durée: 25h

25h

25h

25h

25h

25h

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

Plan :

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

Modalités: 25h, cours/TD 13h

Notions en chimie organique, inorganique, des solutions du L2, Travaux Pratiques L1-L2 chimie)

Options de Chimie Expérimentale à l'interface entre la chimie organique, la chimie des solutions et la chimie inorganique. Elle propose de mettre en avant l'interdisciplinarité de la chimie par 3 séances de travaux pratiques de 8 heures. La première séance sera basée sur la synthèse de l'hélianthine et sur l'étude de ses propriétés physicochimiques comme indicateur coloré. Une deuxième séance permettra d'étudier les propriétés en solution du SDS (et de sa synthèse). Enfin un catalyseur organométallique de manganèse sera synthétisé et sera utilisé dans une réaction d'époxydation catalytique.

Maitriser les bonnes pratiques de laboratoire (manipulation, sécurité) et les techniques expérimentales (synthèse, purification). Interpréter des résultats, Rédiger un compte-rendu de TP en chimie. Utiliser des instruments analytiques pour caractériser les molécules (CCM, RMN, IR...)

Tout livre de niveau premier cycle dans les rayons de la BU (Chimie Organique, Inorganique et des solutions)

Stéréochimie, cinétique, thermodynamique, atomistique, bases de spectroscopies et chromatographies soit chim 201a, chim202, chim203

Description avancée des techniques de spectroscopie IR et RMN. Présentation de l'appareillage IRTF et des techniques d'échantillonnage en IR. Acquisition et traitement de signaux IR, et exploitation qualitative et quantitative de spectres IR. Présentation de l'instrumentation RMN et de la préparation d'échantillons. Acquisition de signaux RMN H-1 et C-13, et exploitation qualitative et quantitative de spectres RMN. Calculs de spectres RMN H-1 dans le cas de systèmes du 1er ordre simples. Description avancée de techniques de chromatographie, et applications pratiques à la chromatographie HPLC.

Acquérir des signaux RMN, IR, et obtenir les spectres associés. Analyser qualitativement et quantitativement les spectres IR, RMN H-1 et RMN C-13 de molécules ou mélanges de molécules organiques simples obtenus. Acquérir des chromatogrammes par HPLC, et les utiliser.

"Analyse chimique" Francis Rouessac, Annick Rouessac, Daniel Cruché, Claire Duverger-Arfuso, et al.

Notions d’absorption et d’émission, niveaux d’énergie, interactions intermoléculaires Notions de base en chimie organique

Introduction : historique & multidisciplinarité Nature de la lumière Comprendre la vision colorée La matière à l’origine de la couleur :

Par émission
Par absorption
Autres causes physiques

Colorants/pigments organiques Fluorophores organiques Colorants/pigments inorganiques Fluorophores inorganiques

Comprendre les phénomènes chimiques à l’origine de la couleur Mobiliser et mettre en œuvre expérimentalement des notions de chimie variées vues en L1 et L2 Développer un savoir-faire expérimental (synthèses organiques et inorganiques, caractérisation physico-chimique)

Lumière et luminescence : ces phénomènes lumineux qui nous entourent ; B.Valeur, Belin (2005)

Stage d'observation en établissement scolaire, préparé et analysé à l'université. Travail bibliographique et de réflexion sur le métier d'enseignant. Formation • Les missions d'un enseignant • Les enjeux de l'enseignement des sciences • Les courants et styles pédagogiques • Le rapport au savoir et styles cognitifs des élèves • Méthodologie de l'observation de classe Suivi de stage • Aide à l'exploitation des données d'observation permettant de caractériser les pratiques enseignantes observées et le rapport au savoir des élèves : discours des enseignants, échanges avec les élèves, mise en activité des élèves, les erreurs des élèves, les évaluations • Aide à la rédaction du dossier d'activité

• Identifier les compétences professionnelles mises en jeu dans différentes situations d'enseignement • Identifier un style pédagogique • Identifier un rapport au savoir • Choisir une méthodologie d'observation adaptée • S'approprier des outils d'observation • Recueillir et analyser des données d'observation

Cours-TD : 12h de formation Stage filé d'observation en binôme dans un établissement scolaire: une demi-journée par semaine, six demi-journées au total TP: 6h de suivi de stage Alternance des séances de formation et suivi de stage avec les jours de stage

Danielle Alexandre. Anthologie des textes clés en pédagogie. ESF, 2010. Dominique Chalvin. Histoire des courants pédagogiques. ESF, 2012. Philippe Perrenoud. Dix nouvelles compétences pour enseigner. ESF, 2013. Daniel Astolfi. L'erreur, un outil pour enseigner. ESF, 2011. Philippe Perrenoud. Métier d'élève et sens du travail scolaire. ESF, 2013.

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

Responsables : Kevin Dupraz & Marie Poirier-Quinot

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

Contenu

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

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

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

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

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