Physique expérimentale - Département de Physique de l'Ecole Normale supérieure

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Physique expérimentale

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Enseignant : Jakob Reichel
ECTS : 6
Langue d’enseignement : français et anglais
Mots clés : expérimental, projet, initiative, parcours personnalisé
Contrôle : oral et écrit

Pré-requis : des connaissances d’optique géométrique, d’optique ondulatoire, d’hydrodynamique, de mécanique quantique (niveaux d’énergie, transitions), et de physique du solide (notions de bandes d’énergie).

Description

Cette option d’un semestre dédiée à la physique expérimentale consiste en deux parties.

Dans un premier temps (6 séances), les étudiants s’attaqueront en binômes à une série de travaux pratiques, dont le but est d’apprendre à mener une expérience quantitative simple, en analysant de manière critique les résultats pour vérifier une loi physique ou mesurer une grandeur pertinente, ainsi que de se familiariser avec des instruments de mesure de la recherche en physique. Afin de préparer à un stage long expérimental au second semestre, un soin particulier sera demandé sur le traitement des incertitudes capital en physique expérimentale. Les étudiants pourront choisir parmi trois cursus avec des thématiques différentes (détaillés ci-dessous) selon leurs affinités.

En seconde partie (4 séances), les étudiants mettront en pratique la rigueur expérimentale qu’ils auront acquise lors des travaux pratiques, et travailleront sur des projets expérimentaux ’’ouverts’’, projets dont la problématique aura été choisie en amont par les étudiants (avec l’accord avec des enseignants).

Cursus 1 : Physique de la matière condensée
Cette option est consacrée à l’étude des conséquences macroscopiques de la structure microscopique des solides. On s’intéressera ainsi spécifiquement aux propriétés des cristaux, métaux, matériaux piézoélectriques, semi-conducteurs et milieux magnétiques en abordant plusieurs applications. Parmi ces dernières se trouvent de nombreux objets de la vie quotidienne comme la diode laser et les cellules photovoltaïques mais aussi des méthodes d’investigation microscopique (diffraction d’électrons, mesure de gap, etc.).

Cursus 2 : Physique macroscopique
Sous l’appellation de physique macroscopique sont regroupés des thèmes de physique classique tels la mécanique des fluides ou la thermodynamique. Un effort est mis sur les méthodes de visualisation optique, permettant par exemple l’observation de contraintes mécaniques, ondes acoustiques, mouvements convectifs ou encore de diffusion d’un liquide dans un autre. Cette option est aussi l’occasion de découvrir expérimentalement des sujets de recherche actuels comme la physique non-linéaire.

Cursus 3 : Optique : aspects classique, ondulatoire et quantique
Un semestre entier est nécessaire pour aborder les différentes facettes de l’optique. Après des rappels d’optique classique sera développée l’optique ondulatoire au travers des problématiques usuelles de diffraction/interférences ainsi que de celles plus rarement abordées de biréfringence et de contrôle de la polarisation. L’optique quantique sera ensuite évoquée via l’étude de différents types de lasers et de photorécepteurs. Ces techniques seront mises en oeuvre pour remontrer à des résultats de physique atomique comme la structure hyperfine ou la largeur des raies d’une lampe spectrale.

L’évaluation se fera par un contrôle continu, une présentation orale d’une expérience traitée au cours du semestre, et un court rapport écrit de leur projet.

Cette option peut également être vue comme une préparation anticipée à l’épreuve de montage de l’agrégation, l’ensemble des expériences proposées couvrant une partie notable du programme de ce concours.

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