L3 Interfaces Physique-Chimie

Programme de L1 et L2 de mathématiques

Algèbre linéaire : calcul vectoriel, calcul matriciel, déterminants, diagonalisation. Analyse dans Rn : dérivées partielles, opérateurs différentiels, calcul intégral : intégrales curvilignes et de surface, circulation et flux, formule de Stokes. Intégrales généralisées. Transformation de Fourier au sens des fonctions dans L¹ et L², dérivation, inversion, convolution. Transformation de Fourier des fonctions de plusieurs variables.

Savoir mener des calculs de base utiles pour la physique en algèbre linéaire et en analyse vectorielle : approfondissement des acquis de L1 et L2 Manipuler les transformées de Fourier au sens des fonctions.

Mathematical Methods for Scientists and Engineers, Donald McQuarrie, University Science Books (2003) Mathematical Methods for Physicists, G. B. Arkfen and H. J. Weber, Harcourt/Academic Press (2001) Distributions et Transformation de Fourier, F. Roddier, Ediscience (1971, 1978) C. Gasquet et P. Witomski, Analyse de Fourier et applications, ed. Dunod (2003) J-M. Bony, Méthodes math. pour les sciences physiques, ed. Polytechnique (2004)

UE Méthodes numériques I du L2 iPC (ou équivalent)

Développement un programme écrit dans le langage Python pour résoudre numériquement des problèmes de physique ou de chimie.

Développer un programme pour résoudre numériquement un problème de physique ou de chimie en utilisant le langage Python. Travailler en équipe en découpant les tâches nécessaires à la résolution du problème et à l'écriture du programme. Ecrire un rapport technique.

Deux séances d'introduction permettront de revenir sur les notions de base de programmation dans le langage Python et ajouter quelques éléments nécessaires à la conduite du projet. La dernière séance consistera en une présentation des projets de chacun des groupes d'étudiant.e.s. Le reste des séances sera consacré à l'écriture du programme permettant de résoudre le problème étudié, par groupes de 3 ou 4. Des points d'étape réguliers seront faits avec l'équipe enseignante.

Attendus de l'UE Langue-Anglais3 : Niveau B2 minimum dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais2 tout en introduisant un travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou de l'entreprise) : on prolongera 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 selon la filière (interaction à travers de documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication). La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.

Deux sujets seront abordés en particulier :

1. Géodynamique

   Evolution du système terrestre : mouvements de la Terre et leurs conséquences Enveloppes externes et internes de la Terre Les phénomènes internes et externes et leurs manifestations en surface Champ magnétique terrestre, tectonique des plaques, croûte terrestre, volcanisme, tremblements de terre Formation des océans et de chaînes de montagnes Impact d'altération et du climat sur le relief

2. La Terre dans le système solaire : planètes de notre système, en particulier les planètes telluriques et leur comparaison avec la Terre

Introduire le domaine des Sciences de la Terre. Appréhender les techniques géophysiques (gravimétrie, sismique, magnétisme...) qui permettent une meilleure caractérisation et compréhension de l'évolution de la Terre.

Chimie générale S1 à S5

Volet diagnostic : de la molécule au dispositif et imagerie de métabolites L'objectif de cette partie de l'UE est de partir des connaissances des cinq précédents semestres de licence en chimie pour les repositionner dans les domaines de la chimie supramoléculaire, des moteurs moléculaires et de la chimie de surface ainsi que de la chimie pour les technologies salle blanche. En partant de la molécule qui régit l'affinité avec un analyte, les grandes classes de capteurs miniaturisés seront décrites pour aboutir aux dispositifs fonctionnels. Ceci sera illustré par l'exemple des puces dédiées au diagnostic des troubles du mouvement par l'analyse du liquide céphalo rachidien. Une initiation aux surfaces fonctionnalisées par des objets nanoluminescents sera proposée sous forme d'analyse d'articles. La question du diagnostic avec de telles surfaces sera investiguée (nanoparticules sensibles vs molécules sensibles). Les nano-objets présentés pourront faire écho à ceux présentés en seconde partie du module (voir plus bas). Enfin un séminaire sur l'imagerie de métabolites et une visite seront proposés. Un séminaire sur la microfluidique par un intervenant EUGLOH (Lund) sera donné.

Volet thérapie : molécules et nanoagents contre le cancer L'objectif est de mettre à profit les connaissances acquises les semestres précédents pour comprendre l'élaboration de molécules ou nanoagents pour la thérapie du cancer. Cette partie portera sur des aspects variés et se fera sous forme de séminaires donnés par des chimistes, physico-chimistes ou biochimistes. Ils porteront sur :

Les "drugs delivery" (la délivrance de médicaments) pour le cancer ;
L'élaboration de nanoparticules radioamplificatrices ;
La radio immunothérapie.

Une visite de start up sera proposée.

L'objectif principal de cette UE serait d'illustrer la relation étroite qui existe entre la chimie, la physico-chimie et la santé.

Enseignement avec cours magistraux, travaux dirigés / pratiques d'analyse. Des formats non conventionnels seront aussi présents : séminaires, visites. Documents pédagogiques disponibles sur e-campus.

Notions de chimie générale et de chimie organique du L1-L2 ou de DUT Chimie. Notions de base de biologie (lycée).

Généralités sur le risque chimique, physico-chimique et toxique au laboratoire, dans la société et pour l'environnement Notions d'écotoxicologie et biogéochimie des polluants : Polluants dans l'environnement, divers types de pollutions Cycles biogéochimiques (carbone, azote...) et leur perturbation par l'Homme Impact des polluants sur les écosystèmes Toxicologie humaine et impacts sur la santé : Origine et voies d'exposition aux substances étrangères xénobiotiques (alimentation, polluants, COVs, exposition professionnelle, industrie, agriculture...) Notions de toxicologie : toxicité aigüe, toxicité à long terme Métabolisme des xénobiotiques ; effets cellulaires (cibles) Exemples de xénobiotiques cancérogènes, reprotoxiques, perturbateurs endocriniens

OA1 : Etre sensibilisé aux risques physico-chimiques, toxiques et écotoxiques liés entre autres aux activités de chimie (recherche / industrie) et à leur prévention OA2 : Acquérir des notions de base sur l'action des substances étrangères (xénobiotiques) sur l'organisme (toxicologie) et sur l'environnement (écotoxicologie) OA3 : Savoir établir un état de l'art (au niveau licence) de synthèse bibliographique des connaissances concernant l'impact toxicologique et / ou écotoxicologique de substances xénobiotiques

Cours et travaux dirigés (dont études de cas). Mise à disposition de documents sous forme numérique. Travail personnel collaboratif des étudiants de synthèse bibliographique et analyse de publication scientifique, donnant lieu à une soutenance.

PICOT André, MONTANDON Frédéric (coordonnateurs). Ecotoxicochimie appliquée aux hydrocarbures. Editions Lavoisier. 2013. PICOT André, DUCRET Jean. Sécurité et prévention des risques en laboratoire de chimie et de biologie (3e Edition). Editions Lavoisier. 2013. RAMADE François. Introduction à l'écochimie - Les substances chimiques de l'écosphère à la homme. Editions Lavoisier. 2011. RAMADE François. Eléments d'écologie. Ecologie appliquée (7e Edition). Editions Dunod. 2012.

Le cours a été conçu pour accueillir des étudiants sans ou avec des connaissances en programmation, en général, ou en programmation Python en particulier.

Dans la partie cours, commune aux deux parcours, on discutera de façon succincte le développement des ordinateurs (hardware) et de la programmation (software) avec focus sur des applications scientifiques. Dans les séances TD, les étudiants attaqueront sous la supervision de l’enseignant, des problèmes de programmation scientifique (en niveau croissante de difficulté, selon parcours). Pendant des certaines séances TD, des petites discussions seront menées pour aborder les concepts (informatiques et/ou scientifiques). Ces dernières pourraient être basées sur des articles scientifiques. Nous aurons l’intervention d’un/une chercheur/chercheuse (France ou l’étranger) dans le domaine du développement de logiciels scientifiques en chimie théorique. Ils/elles nous présenterons leur parcours scientifique et recherche. Les étudiants prépareront des questions au préalable. Enfin, vers la fin du semestre, nous mènerons une discussion sur un logiciel scientifique de libre distribution.

Afin de répondre aux différentes connaissances au préalable des étudiants, notre module présentera deux parcours en parallèle : (1) Parcours Programmation scientifique et modélisation en chimie : ce parcours fournira aux étudiants sans compétences en programmation avec une vision globale sur l’implémentation d’algorithmes et méthodes numériques en chimie, dans un sens large. (2) Parcours Modélisation en chimie théorique : l’objectif de ce parcours fournira aux étudiants une vision globale et plus approfondie sur l’implémentation de méthodes numériques dans les logiciels de chimie théorique dans un contexte moléculaire. Dans les deux cas, le langage de programmation de choix sera Python sous Numpy.

Les séances comporteront une courte introduction théorique sous la forme de cours participatif (contenus pas évaluables). Les travaux dirigés, à l’ordinateur, seront en individuel. L’UE sera évaluée à partir des cahiers d’exercices ou projet Jupyter. Les travaux dirigés peuvent être réalisés en français ou en anglais (choix de l’étudiant, voir remarques en bas).

N’importe quel cours Python, par exemple : https://courspython.com/bases-python.html (français) https://docs.python.org/3/tutorial/ (anglais) https://realpython.com/ (anglais)

Un niveau d'anglais scientifique de base permettant de lire les documents scientifiques fournis Programme de chimie générale et de physico-chimie de niveau L1 à L3

L'UE fonctionnera sous la forme de séances de cours/séminaires où les différents thèmes seront introduits et expliqués. A la suite, les étudiants seront répartis par groupes de 4-5 (au maximum) avec un sujet bibliographique alloué à chaque groupe. Ces sujets (en lien direct avec les thèmes abordés en cours) seront accompagnés de documents scientifiques (articles, extraits de livres ou de thèses, en anglais et en français) que chaque groupe devra étudier de manière critique (une grille de lecture et un questionnaire les guidera) pour en faire une synthèse critique sous forme d'un court rapport écrit et d'une présentation orale qui se fera en présence de l'ensemble des étudiants de l'UE. Des séances de TD seront consacrées à aider et à guider chaque groupe dans son étude bibliographique.

Thèmes principaux proposés :

"Poussières et gaz dans le milieu interstellaire" : les briques initiales. Focalisation sur la photochimie des glaces et la confrontation entre simulation expérimentale en laboratoire et observations astrophysiques.
"Les petits corps du système solaire et l'histoire de sa formation" : l'archéologie spatiale. Ce thème parlera des astéroïdes, des comètes et des missions spatiales actuelles ou récentes les concernant ainsi que des poussières extraterrestres et météorites qu'on analyse au laboratoire. On se focalisera ici sur l'aspect "chimie du carbone" et sur les techniques d'analyse physico-chimique.
"Chimie du soufre sur Io" : un exemple d'objet totalement dépourvu de carbone et d'hydrogène et de ce point de vue totalement "exotique" pour la chimie classique étudiée habituellement. Modélisation thermodynamique des volcans d'Io et simulation expérimentale de la chimie du soufre à sa surface.

Il s'agit d'une UE d'introduction à l'astrochimie dont l'objectif principal est de montrer aux étudiants comment on s'appuie sur différents domaines de la chimie et connaissances de base en chimie pour étudier et comprendre l'histoire de la matière dans notre système solaire et au-delà. Pour cela, l'UE se focalisera sur quelques objets astrophysiques pouvant varier d'une année à l'autre et qui seront abordés suivant le type de chimie ou domaine chimique les concernant.

Les étudiants seront notés sur leurs rapports écrits et sur leurs présentations orales. Le travail collectif et l'investissement individuel seront tous deux pris en compte.

"Sciences de la Terre et de l'Univers", sous la direction de J.-Y. Daniel, Editions Vuibert "Aux confins du système solaire", A. Doressoundiram, E. Lellouch, Editions Belin - Pour la Science "A la rencontre des comètes - De Halley à Rosetta", J. Lequeux, Th. Encrenaz, Editions Belin - Pour la Science "Astronomie et Astrophysique", A. Acker, Editions Sciences Sup

Ce stage en laboratoire ou en entreprise vient compléter les enseignements plus théoriques dispensés dans les autres UE. Il intervient en fin d'année, à l'issue des enseignements académiques, et dure 6 semaines minimum. Le sujet du stage doit porter sur un sujet lié aux centres d'intérêt du programme du L3 interfaces Physique-Chimie et peut être réalisé en France ou à l'étranger. Il s'agit d'un travail expérimental, numérique ou théorique qui donne lieu à la rédaction d'un rapport de stage clair et concis et à une soutenance orale devant un jury composé de deux enseignants. Sauf problème de confidentialité signalé par le tuteur du stage, les soutenances orales ont lieu en présence de tous les étudiants ayant effectué un stage en laboratoire ou en entreprise. Les étudiants intéressés doivent se préoccuper de trouver rapidement une équipe d'accueil dans un laboratoire ou dans une entreprise qui accepte de les accueillir pour les faire travailler sur un sujet donné en Physique ou en Chimie.

Découvrir un laboratoire ou une entreprise. Mener à bien un travail expérimental, numérique ou théorique avec l'aide d'un tuteur. Présenter la problématique du travail et les résultats obtenus dans un rapport clair et concis. S'exprimer en public (sauf problème de confidentialité signalé par le tuteur de stage) pour résumer le contexte et les conclusions du travail réalisé.

Mécanique spatiale - orbites et trajectoires des astres et satellites artificiels Naissance et évolutions des systèmes solaires - étoiles, petits corps et planètes Mesures isotopiques - datation et mise en évidence des processus astrophysiques Transfert radiatif, bilans énergétiques et mesures associées Instrumentation spatiale : l'exemple de la spectroscopie infrarouge

Découvrir les grands concepts liés aux systèmes stellaires et planétaires. Etudier les principes physiques gouvernant la formation et l'évolution de ces systèmes ainsi que les moyens à disposition pour les caractériser. Les illustrer par des exemples concrets comme ceux des missions spatiales notamment d'exploration du Système Solaire.

Cette option s'adresse à des étudiants de L3 qui souhaitent plus tard passer les concours de l'enseignement (CAPES, agrégation). Elle vise notamment à donner une nouvelle approche expérimentale en abordant différents thèmes (optique, électronique, électromagnétisme, ondes, mécanique).

Acquérir de l'autonomie pour savoir exposer des expériences sur un thème donné, en présentant à la fois des manipulations de démonstration et des mesures soignées et exploitées.

Série de colles en mathématiques, physique et analyse de documents scientifiques. Un programme de révision est proposé aux étudiants.

S'entraîner aux oraux des concours d'admission sur titre aux écoles d'ingénieurs.

Chimie du Solide / Thermodynamique / Chimie des solutions

Cours

Les différentes classes de matériaux
Propriétés des matériaux de structure : résistance mécanique et résistance à la corrosion
Méthodes de caractérisation des matériaux

Cours / Conférences

Les problématiques des matériaux pour les très grandes infrastructures de recherche : cas du LHC au CERN et de ITER (fusion nucléaire)
Les enjeux des matériaux pour la construction d'une centrale nucléaire : étude de l'EPR
Les matériaux dans le bâtiment : exemple du béton

TP

Propriétés mécaniques des métaux et alliages (traction, microdureté, résilience)
Méthodes microstructurales de caractérisation (MEB, micro optique)

Initiation dans le domaine des matériaux utilisés comme matériaux de structure et les matériaux spécifiques sous fortes contraintes environnementales (mécanique, chimique, thermique ou sous irradiation)

Enseignement de type classique avec cours magistraux et cours-conférence sur des domaines spécifiques, travaux pratiques ; projet et soutenance orale sur un sujet au choix ; documents pédagogiques disponibles sur e-campus.

Ashby et Jones : Matériaux 1. Propriétés et applications (Editions Dunod)

Le cours porte essentiellement sur les principes physiques appliqués aux champs :

de l'imagerie médicale moderne : IRM, rayons X, médecine nucléaire
des applications thérapeutiques : radiobiologie, radiothérapie, curiethérapie
de la radioprotection

Les développements technologiques et la recherche dans ce domaine seront traités à travers différents exemples.

Introduire certaines des nombreuses méthodes diagnostiques et thérapeutiques utilisées en médecine et qui sont basées sur les concepts et technologies du domaine de la Physique. Donner une vision globale des problèmes fondamentaux de physique en lien avec l'imagerie médicale, les traitements du cancer et la radioprotection. Acquérir des notions de base d'interaction des rayonnements avec la matière biologique afin d'aborder les concepts et méthodes utilisés en physique médicale.

Les postulats de la Relativité et leurs conséquences : temps, espace et relativité - les postulats d'Einstein - dilatation des temps et contraction des longueurs - la transformation de Lorentz : simultanéite et causalité. L'espace-temps : diagrammes d'espace-temps et applications - composition des vitesses, aberration de la lumière - espace de Minkowski : invariants de Lorentz, quadrivecteurs - l'effet Doppler. Dynamique relativiste : dynamique des particules libres - référentiel du centre de masse - application aux collisions élastiques ou non, aux désintégrations - forces électromagnétiques et transformations des champs électrique et magnétique.

Découvrir les bases de la relativité restreinte pour des étudiants qui n'en aurait pas fait du tout au préalable. Acquérir des éléments de culture scientifique indispensables à un physicien. Introduire des connaissances qui seront utiles aux étudiants souhaitant travailler sur les particules de haute énergie comme ceux qui se destinent au M2 Grands Instruments.

Dans l'état solide, les matériaux présentent une grande diversité de propriétés physiques : électriques, magnétiques, thermiques, optiques, etc... Nous essaierons de comprendre pourquoi en introduisant quelques modèles de base pour les propriétés les plus importantes, telle que la conduction électrique dans les métaux ou dans les semiconducteurs, le magnétisme ou encore les propriétés thermiques des solides. On expliquera les idées physiques et les modèles pour les transitions de phase magnétiques et de transition supraconductrice. On discutera quelques unes des nouvelles propriétés liées à la miniaturisation et la nanotechnologie. Dans ce cours introductif on présentera des calculs simples de manière à rester aussi quantitatif que possible, tout en mettant l'accent sur les idées physiques. Des connaissances de physique statistique et de mécanique quantique seront requises.

Prendre connaissance du monde des matériaux, de leurs structures et de quelques-unes de leurs propriétés physiques et des modèles théoriques de base

Les nanosciences et les nanotechnologies forment aujourd'hui un secteur stratégique de la recherche au carrefour de plusieurs disciplines (physique, chimie, biologie...). Cet enseignement est une introduction aux nanosciences en chimie. Il a pour objectif de sensibiliser les étudiants aux problèmes spécifiques liés à l'élaboration, à l'étude et aux propriétés des objets de taille nanoscopique. Le cours porte sur les principales stratégies mises en oeuvre pour l'élaboration d'objets organiques, inorganiques et carbonés de taille nanoscopique (polymères organiques, polymères inorganiques, fullerènes et nanotubes de carbone). Il présente aussi les effets de taille sur les propriétés des objets ainsi que les problèmes de caractérisation liés à leur taille, les problèmes de toxicité et leurs applications dans divers domaines.

Deux séances de Travaux Pratiques pour illustrer des notions abordées en cours sont proposées :

Synthèse de nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer de taille contrôlée - ferrofluides
Synthèse de billes de latex par polymérisation et émulsion

Cet enseignement est une introduction aux nanosciences en chimie. Il a pour objectif de sensibiliser les étudiants aux problèmes spécifiques liés à l'élaboration, à l'étude et aux propriétés des objets de taille nanoscopique.

Matériaux pour l'énergie nucléaire : définition ; classes de matériaux en fonction des applications (combustible, réacteur, entreposage ou stockage) ; spécificité des matériaux nucléaires : environnements radiatifs ; classification de sources d'irradiation en termes d'endommagement des solides (particules chargées : ions, électrons, positrons, neutrons, photons). Simulation expérimentale des effets de l'irradiation par faisceaux d'ions accélérés. Physique de l'irradiation à l'échelle atomique : mécanismes d'interactions ; processus balistiques et électroniques ; mécanismes de création de défauts ; calcul de nombre de dpa (déplacements par atome) ; modélisation de l'endommagement par excitation électronique ; code de simulation SRIM. Comportement sous irradiation de quelques matériaux pour le nucléaire : combustibles et matrices de transmutation (matériaux céramiques) ; aciers de cuve et gaine de zircalloy ; matrices d'entreposage et de stockage. TP : utilisation du code de simulation SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) ; application à l'endommagement d'un combustible nucléaire (fragments de fission de l'uranium, désintégration alpha des actinides).

Découvrir la production d'énergie nucléaire sous l'angle des matériaux qui lui sont dédiés.

Chimie physique et analytique niveau L2, Chimie des solutions niveau L2, Chimie organique niveau L2

Contenu théorique :

Introduction à la photophysique et à la photochimie
    Introduction
        Bref historique
        Nature de la lumière
        Interaction lumière-matière
    Etats excités et spectroscopies
        Rappels sur les états d'énergie : diagramme de Perrin-Jablonski
        Spectroscopie électronique
        Spectroscopie des molécules organiques (alcènes, diazo, carbonyles, aromatiques)
        Processus de relaxation et propriétés des états excités
Quelques grandes réactions photochimiques et leurs applications
    Les grandes réaction de photoisomérisation
        Introduction
        Cas des alcènes
        Cas des composés azoïques
        Applications
    La photochimie des carbonyles excités
        Introduction
        Réactions de photocycloadditions [2+2]
        Réactions de Norrish
        Applications

Contenu pratique :

Travail expérimental et bibliographique en équipe sur une des problématiques de photophysique / photochimie proposées
Visite de la plateforme photochimie organique de l'ICMMO

Présentation de l'appareillage spécifique à la photophysique / photochimie

OAV1 : S'initier aux processus induits par la lumière : principes fondamentaux de la photochimie et de la photophysique OAV2 : Comprendre et détailler les principales réactions de composés chimiques dans un état excité OAV3 : Etudier et mettre en oeuvre expérimentalement des phénomènes ou réactions induits par la lumière et savoir en présenter les conclusions et perspectives

Organisation : Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques et visite d'un laboratoire de recherche. Mise à disposition d'éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Travaux Pratiques en équipes => restitution sous forme d'un oral. Visite d'un laboratoire de recherche => restitution par rapport écrit.

Photophysique et Photochimie : des fondamentaux aux applications ; J. Delaire et al., EDP Sciences (2016) Modern Molecular Photochemistry ; N. J. Turro, University Science Books (1991) Invitation à la fluorescence moléculaire ; B. Valeur, De Boeck Université (2004) Méthodes et techniques de la chimie organique ; D. Astruc (Chapitre 7) Presses Universitaires de Grenoble (1999) Principles and Applications of Photochemistry ; B. Wardle, Wiley (2009

Introduction à la physique nucléaire : propriété des noyaux (densité, énergie de masse, énergie de liaison, énergie d'appariement) ; modèles nucléaires (goutte liquide, gaz de Fermi) ; la carte des noyaux et vallée de stabilité. Les décroissances radioactives : étude des différents mécanismes de désintégration des noyaux (radioactivité alpha et beta) et lois associées ; désexcitation gamma ; schémas de décroissance ; les familles radioactives naturelles (uranium et thorium) et les filiations radioactives associées ; mise à l'équilibre d'une chaîne radioactive (équilibre séculaire et activité du minerai d'uranium). Les réactions nucléaires appliquées aux réactions de fission : technologie des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP), mécanisme de fission, réactions induites par neutron et sections efficaces associées, noyaux fissiles et non fissiles, principe de la réaction en chaîne et criticité. Introduction à l'effet de la radioactivité sur le corps humain : radioactivité naturelle et artificielle, grandeurs et unités pour caractériser l'effet des rayonnements ionisants, ordres de grandeurs.

Découvrir la production d'énergie nucléaire sous l'angle des processus physiques intervenant dans les réacteurs.

Connaissances élémentaires en spectroscopie (absorption UV-visible, fluorescence) et en électrochimie (loi de Nernst). Aucun prérequis en biologie.

Introduction des notions de biologie nécessaires (protéines, ADN, éléments de biologie cellulaire) Absorption UV-Visible : quelles sont les informations qu'on peut obtenir sur une macromolécule avec son spectre d'absorption. Fluorescence :

Applications de la fluorescence en biologie de la macromolécule (structure, fonction) à la cellule (imagerie de fluorescence, dynamique et interaction des protéines ; physicochimie du milieu cellulaire)
Capteurs, dispositifs analytiques

Electrochimie :

Compréhension des mécanismes de transfert d'électrons dans les molécules biologiques (introduction à la voltamétrie cyclique)
Capteurs électrochimiques
Application en biologie cellulaire (microélectrodes, microscopie électrochimique)

Travaux pratiques :

Manip 1 : Fonctionnement d'un capteur à glucose pour le suivi du diabète
Manip 2 : Suivi de la production de radicaux libres et activité superoxyde dismutase
Manip 3 & 4 : Etude expérimentale et théorique de chromophores de protéines fluorescentes de la famille des GFP
Manip 5 : Observation des interactions protéines-protéines en cellule vivante par FRET

Décrire la structure des protéines à différents niveaux (structures primaires à tertiaires) Relier des propriétés spectroscopiques ou électrochimiques d'une biomolécule à sa structure tridimensionnelle Utiliser des méthodes physico-chimiques différentes pour comprendre le fonctionnement des biomolécules

Cours/TD intégrés et TP en présentiel

Electrochimie - Des concepts aux applications ; Fabien Miomandre, Saïd Sadki, Pierre Audebert, Rachel Méallet-Renault, Editions Dunod Invitation à la Fluorescence Moléculaire ; Bernard Valeur, Editions De Boeck

Cristallographie et structure des solides Oxydo-réduction et électrochimie Atomistique

Cours / TD

Contexte
    Les différentes sources et formes d'énergie
    Changement climatique et transition énergétique
"Nucléaire"
    Les différentes formes d'énergie nucléaire : principes et utilisation
    Les matériaux actuels et d'avenir pour les réacteurs nucléaires
    Les déchets nucléaires et leur gestion
"Solaire"
    L'effet photoélectrique : fonctionnement d'une cellule solaire
    Technologies actuelles et futures : matériaux, méthodes de fabrication
    Recyclage
"Conversion et stockage électrochimique de l'énergie"
    L'hydrogène comme vecteur énergétique (modes de production et de stockage)
    Stockage et conversion électrochimique (batteries, supercondensateurs...)

Comprendre la place des matériaux dans la transition énergétique Comprendre les principes de fonctionnement d'un panneau solaire et les enjeux en termes de fabrication et de matériaux Connaître les technologies clés de la filière hydrogène Connaître le principe de fonctionnement et les matériaux utilisés dans les batteries Connaître le principe de fonctionnement et les matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires (fission et fusion)

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, étude d'articles scientifiques).

Electrochemical Energy Storage, J. M. Tarascon, P. Simon, Wiley, 2015 De l'oxydoréduction à l'électrochimie, Y. Verchier, F. Lemaître, Ellipses, 2006 Matériaux du nucléaire, Académie des Sciences, RST numéro 5, juillet 2020, Editions TEC & DOC

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST
2. UE Physico-chimie des solutions aqueuses et analyse du L2 iPC
3. UE Thermochimie : spontanéité et équilibres du L2 iPC
4. Partie sur les équations différentielles de l’UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST

Cours / TD

1. Electrochimie 1.1. Potentiel chimique et électrochimique 1.2. Equation de Debye-Hückel et force ionique ; effet sur la solubilité 1.3. Potentiel absolu et relatif d'électrode ; électrodes de référence 1.4. Equation de Nernst 1.5. Diagrammes E=f(pH) 1.6. Piles et accumulateurs 1.7. Pile de concentration 1.8. Jonction liquide en régime stationnaire : potentiel de jonction 1.9. Transport de masse : diffusion, migration, convection 1.10. Conductivités spécifique, molaire et équivalente ; loi de Kohlrausch 1.11. Courbes I=f(E) ; systèmes électrochimiques rapides
2. Notions de cinétique chimique 2.1. Définition d’une vitesse de réaction, loi de vitesse et facteurs déterminants 2.2. Réactions simples, d’ordres entiers positifs 2.3. Réactions élémentaires 2.4. Lois d’évolution de la concentration 2.5. Temps de demi-réaction 2.6. Effet de la température : loi d'Arrhénius 2.7. Exemple(s) de mécanismes réactionnels simples (réactions réversibles ou successives ou parallèles)

1. Décrire le fonctionnement d’une pile
2. Appliquer l’équation de Nernst et l’équation de Debye-Hückel
3. Etablir et interpréter un diagramme E=f(pH) et une courbe I=f(E)
4. Ecrire des vitesses de réaction
5. Décrire l’évolution temporelle d’un système en réaction chimique dans le cadre d’une réaction d’ordre 0, 1 ou 2
6. Déterminer les caractéristiques cinétiques (ordre et constante de vitesse de réactions) à partir de données expérimentales temporelles
7. Appliquer la loi d’Arrhénius pour déterminer l’énergie d’activation d’une réaction à partir de données expérimentales
8. Schématiser le profil énergétique d’un acte élémentaire
9. Ecrire les lois de vitesse dans le cas de mécanismes réactionnels simples

Cours, TD et TP en présentiel. Notes de cours disponibles sur eCampus et exercices supplémentaires proposés sur WIMS. La note de contrôle continu pourra faire intervenir les notes des compte-rendus de TP, des notes de QCM réalisés pendant les TD et des notes obtenues lors d'évaluations par des moyens numériques.

TP :

1. Diagramme E = f(pH) du fer + influence de la force ionique sur la solubilité du PbI2
2. Courbes I = f(E) d'un complexe de fer

1. Electrochimie : des concepts aux applications par Fabien Miomandre, Saïd Sadki, Pierre Audebert et Rachel Méallet-Renault, 4ème édition aux éditions Dunod, 2019.
2. De l’oxydoréduction à l’électrochimie par Yann Verchier et Frédéric Lemaître aux éditions Ellipses, 2006.
3. Electrochimie physique et analytique par Hubert H. Girault, 2ème édition aux éditions Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2012.
4. Cinétique chimique par Claude Moreau et Jean-Paul Payen dans la collection Belin Sup Sciences, 1988.
5. Cours de Chimie-Physique par Paul Arnaud aux éditions Dunod.
6. Chimie : exercices et problèmes corrigés, 2ème année PC-PC* par Bruno Fosse, Jean-Bernard Baudin et Frédéric Lahitète aux éditions Dunod, 2006.

1. UE Orbitales atomiques et moléculaires du L2 iPC
2. UE Chimie inorganique : introduction aux complexes de coordination du L2 iPC

Outils de la symétrie moléculaire Exploitation des propriétés de symétrie des édifices moléculaires pour le traitement des propriétés électroniques et spectroscopiques des molécules

Attribution d'un groupe ponctuel à une molécule
Réduction d’une représentation quelconque en représentations irréductibles
Tables des caractères
Orbitales de symétrie et opérateurs projection
Attribution des symétries des vibrations moléculaires
Spectroscopie et règles de sélection
Diagramme qualitatif d’énergie (molécules avec atome central – molécules à système pi sans atome central)

Chimie des métaux de transition Structure électronique des complexes de coordination, complexes organométalliques, polymères de coordination, oxydes

Description des complexes
Modèles utilisés pour décrire leur structure électronique et approximations associées
Outils expérimentaux permettant l'étude de la structure électronique

1. Déduire le groupe de symétrie d’une molécule en analysant les éléments de symétrie
2. Déterminer les niveaux d’énergie électronique (termes spectroscopiques) d’un atome ou d’une molécule en utilisant les groupes de symétrie
3. Retrouver la symétrie des orbitales moléculaires à partir de la théorie des groupes
4. Maîtriser les outils indispensables pour décrire la structure électronique d'un métal dans le champ de ligands (complexes de coordination, complexes organométalliques, polymères de coordination, oxydes...) : connaître les différents modèles et approximations associées à ces modèles, être capable de choisir et mettre en œuvre le modèle le plus approprié en fonction du problème posé

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

D.S. Schonland, La symétrie moléculaire Introduction à la théorie des groupes et à ses applications à la chimie, Paris Gauthier-Villars cop. 1971 ; F.A. Cotton, Applications de la théorie des groupes à la chimie, Dunod, Paris, 1968 ; S.F.A. Kettle, Symétrie et structure : théorie des groupes en chimie, Masson, Paris, 1997 ; D. S. Schonland, A.J. Casadevall, Chimie inorganique, De Boeck Université ; D.F. Shriver, P. William Atkins, Chemical Applications of Group Theory, 3rd Ed., F. Albert Cotton, Wiley & Sons Ed. ; K.F. Purcell, J.C. Kotz, Inorganic Chemistry, Saunders, Philadelphie, 1985 ; D.F. Shriver, P.W. Atkins, Inorganic Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 1999 ; J. E. Huheey et al, Chimie inorganique, de Boeck, Paris, 1996 ; F.A. Cotton et al, Advanced Inorganic Chemistry , Wiley, New-York, 1999 et éds précédentes ; A. Earnshaw, M. Greenwood, Chemistry of the Elements, Wiley, New-York, 1987 ; G. L. Miessler and D. A. Tarr, Inorganic Chemistry, 2nd Ed, Prentice Hall, 1999.

Analyser les composés issus de la synthèse organique et inorganique par différentes méthodes. Dosages, IR, UV-visible, chromatographie sur couche mince (CCM), chromatographie en phase gazeuse (CPG), couplage chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse GC/MS) et RMN.

Généralités avec l'acide benzoïque : IR, point de fusion (PF), masse et RMN.
Généralités avec la recristallisation et distillation : pression normale et réduite, CPG, IR, PF, CCM, Masse et RMN.
Synthèse arôme : distillation, CPG, PF, RMN, masse.
Nitration acétanilide : PF, CCM, RMN, masse et UV.
Préparation de complexes de métaux de transition à base de cuivre.
Dosage de complexes de métaux de transition.
Détermination de volumes molaires partiels dans une solution binaire.

L’objectif de cet enseignement est de familiariser les étudiants aux techniques de synthèse les plus courantes en chimie mais également de leur permettre d’utiliser les techniques d’analyses, notamment spectrochimiques, fréquemment utilisées pour caractériser et étudier le composé formé.

Mettre en œuvre des méthodes simples de synthèses organiques et inorganiques
Calculer des rendements de synthèse
Analyser la pureté des composés élaborés par différentes techniques
Interpréter des propriétés spectroscopiques et chimiques de complexes de métaux de transition
Mettre en œuvre une méthode thermodynamique d'étude d'un mélange binaire eau-éthanol

P. Vollhardt, N. Schore, « Traité de chimie organique », De Boeck, 2004. Ch. Picard, « Thermochimie », De Boeck, 1997. M. Guernet et al., « Chimie analytique : équilibres en solution », Dunod, 2006. F. Shriver, W. Atkins « Chimie inorganique », De Boeck, 2001.

Chimie L2 parcours L2iPC ou L2 Chimie

Présentation des généralités sur la réactivité et étude des mécanismes réactionnels sur différentes fonctions organiques :

Généralités sur la réactivité en chimie organique : mécanismes, aspect énergétique, classification,
Réactifs électrophiles et nucléophiles : définition, pouvoir nucléophile, réactions de type ionique,
Etude de la réactivité des fonctions simples : hydrocarbures aliphatiques et aromatiques,
Organomagnésiens mixtes, cuprates et lithiens,
Alcools, éthers-oxydes et époxydes,
Amines aliphatiques et aromatiques,
Composés carbonylés et acides carboxyliques.

OA 1 : Réactivité et mécanismes réactionnels : aspects énergétiques des réactions OA 2 : Réactifs électrophiles et nucléophiles et facteurs influençant le pouvoir nucléophile OA 3 : Etude de fonctions simples

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.

Traité de chimie organique, Vollhardt, Schore, De Boeck université

Statique des fluides, loi fondamentale, théorème d'Archimède Cinématique des fluides, description de Lagrange et d'Euler, écoulements stationnaires/instationnaires, compressibles/incompressibles et rotationnels/irrotationnels Dynamique des fluides parfaits et fluides réels, théorème de Bernoulli, équation d'Euler

TP (1 parmi 2) :

Mesures de débit
Ecoulement laminaire dans une conduite

Etudier le déplacement et la déformation continue du fluide Décrire des fluides au repos : hydrostatique, applications Etudier la cinématique et la dynamique des fluides en mouvement pour des fluides parfaits ou visqueux : exemples d'applications d'aérodynamique et d'hydrodynamique

Brebec, Mécanique des fluides, H-Prépa, Hachette Pour aller plus loin : Guyon, Hulin et Petit, Hydrodynamique, EDP Sciences 2001

Méthodes d'analyse des circuits d'électronique

Notion de sources de tension et de courant
Lois de Kirchoff, Théorèmes de Thévenin et Norton
Fonction de transfert
Diagramme de Bode

Diode

Diode à jonction PN
Redressement
Diode zener

Amplificateur opérationnel (AO)

AO en régime linéaire (caractéristique réelle et idéale)
AO en régime saturé

Applications des Amplificateurs Opérationnels

Travaux Pratiques : Caractéristiques des diodes Applications des diodes Amplificateur Opérationnel Filtres d'ordres un et deux

Utiliser les techniques d'analyses et de mesures des circuits d'électronique de base dans une chaîne d'acquisition de mesures. Illustrer la physique des semi-conducteurs à travers l'exemple de la diode à jonction PN.

UE Mécanique Ondulatoire du L2 iPC UE Phénomènes quantiques appliqués à la physique et à la chimie du S5 L3 iPC

Validité de l'approche probabiliste, domaines d'application, variables aléatoires, espérance. Distributions discrètes. Variables aléatoires continues, densité de probabilité, fonctions de variables aléatoires, espace des phases, concept d'équilibre, hypothèse ergodique. Densité d'états et entropie statistique - les ensembles de Gibbs. L'ensemble micro-canonique, principe d'équiprobabilité, température microcanonique. L'ensemble canonique et distribution de Maxwell-Boltzmann. Application à la théorie cinétique des gaz, paramagnétisme, spin en mécanique quantique, loi de Brillouin. L'ensemble grand-canonique et les statistiques quantiques (Distribution de Bose-Einstein, loi de Planck et rayonnement du corps noir. Capacité calorifique de photons, distribution de Fermi-Dirac. Capacité calorifique d'un gaz d'électrons).

Introduire les premiers concepts et les outils de la physique statistique à l'équilibre. Decrire les propriétés macroscopiques, observables de la matière à partir de celles de leurs constituants élémentaires. Traiter le cas du gaz sans interaction dans le cadre de la théorie cinétique des gaz.

Physique statistique, B. Diu et coll. (Ed. Hermann) Statistical Physics: Berkeley Physics Cours, F. Reif (Ed. First Edition)

Electromagnétisme I (L1 S2) Electromagnétisme II (L2 S3) Electromagnétisme III (L2 S4)

Ondes électromagnétiques dans le vide

Equations de Maxwell microscopiques et macroscopiques
Ondes électromagnétiques dans le vide : équation d'onde, ondes planes monochromatiques, équation de Helmholtz
Aspects énergétiques : densité d'énergie électromagnétique, vecteur de Poynting, théorème de conservation de l'énergie

Ondes électromagnétiques dans les milieux matériels

Reformulation des équations de Maxwell, relations de passage à une interface entre deux milieux
Relations constitutives pour les milieux diélectriques LHI (linéaires homogènes et isotropes)
Dispersion et absorption ; indice de réfraction complexe
Propagation des ondes électromagnétiques dans les milieux LHI non-magnétiques
Aspects énergétiques : puissance absorbée, vecteur de Poynting, théorème de Poynting
Propriétés des milieux matériels ; modèles microscopiques classiques pour la fonction de réponse diélectrique (modèle de Debye, modèle de Drude, modèle de Lorentz)

Décrire et comprendre la propagation des ondes électromagnétiques dans différents milieux (vide, diélectrique, plasma, métal) ainsi qu'à l'interface entre deux milieux

Electromagnétisme 1 et 2, R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, Dunod, 2019 Introduction to electrodynamics, D. J. Griffith, Cambridge University Press, 2019 Modern electrodynamics, A. Zangwill, Cambridge University Press, 2012 Electrodynamique classique, Dunod, 2021

Mécanique du L1 PCST S1 et S2

I. Rappel des principes généraux de la mécanique d'un point matériel soumis à des forces extérieures Principe d'inertie, principe fondamental de la dynamique, théorème de l'énergie cinétique et mécanique, moment cinétique.

II. Système d'oscillateurs harmoniques couplés linéairement

1. Oscillations libres de systèmes à 1 ou 2 degrés de liberté : exemples, équations du mouvement et résolution, facteur de qualité, aspects énergétiques, analyse en modes, battements, rôle de la dissipation.
2. Oscillations forcées de systèmes à 1 ou 2 degrés de liberté : exemples, étude détaillée du régime permanent, aspects énergétiques et résonance, couplage d'oscillateurs, applications.
3. Oscillations des systèmes à N degrés de liberté : modes propres des systèmes à N degrés de liberté, équation de d'Alembert obtenue dans la limite continue, propagation d'une onde de déformation sur une corde.

III. Dynamique des solides indéformables

1. Système de N points matériels : mouvement du centre de

Acquérir une maîtrise des concepts de cinématique, dynamique, inertie et énergétique de la mécanique. Savoir formaliser mathématiquement une situation physique mettant en jeu des oscillateurs mécaniques et/ou des solides indéformables ; dans le but d'en prédire la dynamique et de faire des bilans énergétiques.

Cours en classe inversée et TD

Volumes 1 et 3 du "cours de physique de Berkeley" Ed. Armand Colin. Mechanical vibrations, William Steo, Ed. Schaum.

Description des systèmes hydrogénoïdes. Règles pour l’écriture et écriture de la configuration électronique d’un atome ou d’un ion Description onde/particule de la lumière

Spectroscopie atomique

Interaction matière-rayonnement
L’atome polyélectronique
L’interaction spin-orbite
Transition optique dans les atomes

Spectroscopie moléculaire

Introduction à la structure moléculaire
Spectroscopie rovibrationnelle de la molécule diatomique

TP : spectroscopie de rotation-vibration par transformée de Fourier de CO et HCl.

Prédire les transitions atomiques permises par interaction lumière-matière dipolaire électrique. Décrire les états atomiques en utilisant différentes approximations. Interpréter et prédire les caractéristiques spectroscopiques d’une molécule en utilisant la structure électronique et les règles de sélection. Choisir une technique spectroscopique adaptée aux informations recherchées.

Spectroscopie, J.M. Hollas, Dunod Chimie physique, P.W. Atkins, Oxford University Press

1. UE De l’atome à la molécule du L1 S1 PCST
2. UE Structure et propriétés des solides du L2 S3 iPC

L’état cristallin

Définition
Périodicité
La cohésion dans les cristaux

Symétries ponctuelles et de translation

Symétrie ponctuelle, notations, projection stéréographique
Eléments de symétrie avec translation

Groupes d’espace

Classes cristallines, notations des groupes d’espace
Multiplicité du groupe d’espace et du site

Symétrie et propriétés physico-chimiques intrinsèques des cristaux

Principe de Neumann-Curie
Le tenseur comme outil pour représenter les propriétés physico-chimiques du solide cristallin
Anisotropie cristalline et tenseurs de rang 2

Etude des édifices cristallins par diffraction des rayons X

Les différents processus d’interaction rayons X - matière
Réseau réciproque : définition et propriétés
Diffraction par les cristaux : facteur de structure, conditions d’extinction, géométrie du processus de diffraction dans un cristal, loi de Bragg

1 – Connaître les caractéristiques de l’état cristallin

Identifier la maille et le motif d’un réseau cristallin périodique
Identifier l’unité asymétrique
Identifier les plans réticulaires

2 – Connaître les bases de la cristallographie

Identifier les éléments de symétrie ponctuelle
Identifier les éléments de symétrie de translation
Construire, utiliser et composer les opérations de symétrie
Identifier les groupes d’espace et leurs éléments de symétrie

3 – Faire le lien entre la symétrie et les propriétés physico-chimiques intrinsèques

Savoir énoncer le principe de Neumann-Curie
Prévoir l’anisotropie de quelques propriétés physico-chimiques intrinsèques à partir des symétries du cristal

4 – Connaître les bases de radiocristallographie

Construire un réseau réciproque
Calculer les facteurs de structure et en déduire les règles d’extinction
Déterminer la structure d’un solide cristallin à partir d’un diffractogramme de poudre

Cristallographie géométrique et radiocristallographie, J.J. Rousseau, Dunod 2000 Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, M. Van Meerssche et J. Feneau-Dupont, Peeters 1984 Cristallographie pour la chimie et les matériaux, F. Theobald, Université Paris-Sud, 1992 Physique des matériaux, Y. Quéré, Ellipses 1988 Physique de l’état solide, C. Kittel, Dunod 2007

Ce cours présente les principaux phénomènes et concepts de la physique quantique (dualité onde/corpuscule, quantification de l'énergie, principe d'incertitude, systèmes à deux niveaux, moment cinétique intrinsèque...), illustrés par des cas concrets d'applications en physique-chimie.

Concepts de mécanique quantique abordés : Introduction historique et rappels sur la dualité onde-corpuscule, fonction d'onde, équation de Schrödinger, paquet d'ondes Description générale d'un système quantique (espace de Hilbert, processus de mesure, systèmes à deux niveaux, couplage et résonance) Postulats de la mécanique quantique, notions d'observables, commutation et relation d'incertitude de Heisenberg Formalisme de Dirac Moment cinétique intrinsèque et orbitale

Exemples d'applications étudiées : Spin de l'électron et Résonance Magnétique Nucléaire Quanta et laser Microscope à effet tunnel Liaison chimique, boîte quantique, gaz d'électrons bidimensionnel Antimatière, détecteurs à particules, tomographie à émission de positrons (PET) Oscillateur harmonique et spectroscopie infrarouge, capacité calorifique

Acquérir les bases de la mécanique quantique pour comprendre les applications modernes en physique-chimie.

Cours - introduction C. Texier, Mécanique quantique (Dunod)

Vulgarisation T. Damour & M. Burniat, Le mystère du monde quantique (Dargaud) E. Klein, Petit voyage dans le monde des quanta (Champs sciences) J. Bobroff & F. Bouquet, toutestquantique.fr

Cours - Avancés M. Le Bellac, Physique quantique (EDP) J.-L. Basdevant & J. Dalibard, Mécanique quantique (Ed. Ecole Polytechnique) C. Cohen-Tannoudji, B. Diu & F. Laloë, Mécanique quantique, 1 et 2 (Hermann) A. Messiah, Mécanique quantique, tome 1 et 2 (Dunod) L. Landau & E. Lifchitz, Mécanique quantique, tome 3 (Mir)

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST
2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST
3. UE Thermodynamique : spontanéité et équilibres du L2 iPC

Partie thermochimie

1. Application du potentiel chimique au corps pur et aux solutions de non-électrolytes 1.1. Potentiel chimique du corps pur : état de référence, variation avec la pression 1.2. Généralités sur les solutions : composition, grandeurs molaires partielles, grandeurs de mélange, solution idéale et réelle 1.3. Solutions de non-électrolytes : loi de Henry et loi de Raoult

2. Application du potentiel chimique aux diagrammes binaires 2.1. Liquide – vapeur : mélange idéal, mélange réel, azéotropie, miscibilité à l’état liquide, construction et utilisation des diagrammes, application à la distillation 2.2. Solide – liquide : mélange idéal, eutectique, composé défini. Construction et utilisation des diagrammes, application à l’élaboration de matériaux

Partie thermophysique

1. Ecritures différentielles et utilisation des coefficients calorimétriques et thermo-élastiques

2. Changements d’état et diagrammes de phases du corps pur 2.1. Formule de Clausius-Clapeyron 2.2. Utilisation et lecture des diagrammes (P, T), (P, V), (T, S) 2.3. Utilisation et lecture du diagramme de Mollier ((h, s) ou (P, h))

3. Machines thermiques 3.1. Principe de fonctionnement 3.2. Diagramme de Raveau 3.3. Cycle de Carnot 3.4. Calcul du rendement d’une machine thermique 3.5. Exemples de machines (différents cycles moteurs, cycle de Rankine pour réfrigérateur/pompe à chaleur), tracé et lecture de cycles thermiques en utilisant les diagrammes vus au chapitre précédent 3.6. Illustration en salle de TP par l’observation du fonctionnement d’un moteur de Stirling et d’une pompe à chaleur. Exploitation des résultats des mesures en séance de TD

Travaux pratiques Mesure de la vapeur saturante de l’eau

Partie thermochimie 1 – Connaître les hypothèses applicables aux solutions de non-électrolytes et leurs domaines de validité

Distinguer les zones d’applications des lois de Raoult et de Henry
Calculer des grandeurs de mélange
Appliquer la méthode de Roozeboom pour déterminer des grandeurs molaires partielles

2 – Identifier les différents domaines et zones particulières d’un diagramme binaire (phases, composition, composés définis, azéotropes/eutectiques)

Etablir un diagramme binaire à partir des courbes de refroidissement
Identifier les différents domaines (polyphasés, monophasés, azéotrope, eutectique…)
Calculer la formule d’un composé défini
Déduire des diagrammes les compositions des phases en équilibre et les quantités de matière

3 – Imaginer une expérience de distillation ou de synthèse en se basant sur des diagrammes binaires

Concevoir un protocole pour réaliser la purification d’un produit liquide
Elaborer une méthode permettant d’obtenir un composé solide de composition déterminée

Partie thermophysique 1- Maîtriser la démarche thermodynamique

Savoir faire le bilan énergétique et entropique d’un système
Savoir tirer parti des propriétés mathématiques des fonctions d’état pour résoudre une question de thermodynamique
Appliquer les principes de la thermodynamique à des problèmes tirés de domaines divers de la physique

2- Combiner approches théorique et pratique

Comprendre le fonctionnement des machines thermiques
Utiliser différents types de diagrammes ((P, V), (T, S) et Mollier) pour étudier une machine thermique
Mettre au point une expérience permettant de mesurer la pression de vapeur saturante d’un liquide en fonction de sa température, et de déduire sa chaleur latente de vaporisation

Une partie de l’enseignement sera dispensée sous forme de projets de fin d’UE avec production d’un document écrit et soutenance du projet. Une évaluation de la production par les pairs, au moyen d’une grille critériée fournie par l’équipe pédagogique, aura également lieu.

Thermodynamique 1ère année MPSI/PCSI/PTSI : cours avec exercices corrigés, Jean-Marie Brébec et al., Hachette Éducation, 2003. Thermodynamique 2ème année MP-MP*/PC-PC*/PSI-PSI*/PT-PT*: cours avec exercices corrigés, Jean-Marie Brébec et al., Hachette Éducation, 2004. L’indispensable sur les diagrammes de phases, Jean-Luc Bonardet et al., Bréal 2010. Thermodynamique appliquée : diagrammes de phases, équilibres chimiques, systèmes unaires, binaires, ternaires, cours et applications, Abdel-Waheb Kolski, Ellipses, 2017. Exercices et problèmes de thermodynamique physique, Pierre Grécias, 2e édition, Paris : Tec & Doc, 1995.