2 - Détails des U.E.

Les Unités d’Enseignement, descriptif et les crédits correspondants (ECTS)

COURS PROPOSES A L’OBSERVATOIRE DE PARIS***

>>>> Astronomie et Astrophysique I & II


>> Astronomie et Astrophysique 1 (6 ECTS)

- Structure interne des étoiles (AA1-1) (C. Barban, 10 h de cours, TD).

Couleur et température effective des étoiles. Diagramme Hertzsprung-Russell ; cas des amas d’étoiles. Théorème du viriel ; objets (sphériques) autogravitants « froids » et « chauds ». Diffusion des photons et relation masse-luminosité. Fusion thermonucléraire et relation masse-rayon. Échelles de temps. Notions d’évolution stellaire.


- La Galaxie et le Groupe Local (AA1-2) (M. Haywood, 10 h de cours, TD).

Notions de base sur la photométrie (magnitudes, couleurs), l’astrométrie (parallaxes, mouvements propres) et la spectroscopie. Description d’ensemble de la Galaxie et du Groupe Local : contenu, différents types de galaxies. Notion de population stellaire. Description de la Galaxie. Notions de base sur l’évolution galactique.


- Physique des galaxies (AA1-3) (F. Durret, 10 h de cours, TD).

Propriétés générales des galaxies. Petit historique. Moyens d’observation modernes des galaxies dans tous les domaines de longueur d’onde, au sol et dans l’espace. Morphologie, propriétés physiques, contenu (étoiles, gaz, matière noire). Indicateurs de distances. Cinématique des galaxies. Galaxies en interaction. Galaxies à noyau actif. Les grands relevés de galaxies dans divers domaines de longueurs d’onde et leur utilisation pour cartographier l’Univers. Notions sur la formation et l’évolution des galaxies. Propriétés physiques des groupes et amas de galaxies.


- Histoire de l’astronomie ancienne (AA1-4) (T. Widemann, 10 h de cours).

L’astronomie babylonienne et égyptienne. Les présocratiques et l’atomisme. La pensée athénienne : Platon, Aristote et le géocentrisme triomphant. La période hellénistique : Erathostène, Apollonius et Aristarque. Ptolémée et l’Almageste : le couronnement de la science antique. Le monde arabo-islamique médiéval : héritage et enrichissement de la science antique. Le moyen-âge européen : déclin et renaissance scolastique. La révolution copernicienne. Kepler et Galilée : la fin de la pensée aristotélicienne. Newton : une nouvelle vision cohérente du monde.


- Exoplanètes (AA1-5) (A. Boccaletti, 10 h de cours).

Les techniques de détection indirectes : vélocimétrie, astrométrie, microlentilles gravitationnelles, transits. Les techniques de détection directe : optique adaptative, interférométrie, coronographie.

Des observations aux modèles : 1/ Formation des planètes géantes gazeuses et des planètes telluriques, 2/ stabilité dynamique des orbites, 3/ structure interne des exoplanètes, 4/ les atmosphères exoplanétaires.


- Missions spatiales (AA1-6) (A. Barucci, 10 h de cours).

Introduction historique. Orbitographie. Lanceurs. Techniques de voyage (propulsion ionique, voile solaire...) Principales missions en cours et en programmation.


>> Astronomie et Astrophysique 2 (6 ECTS)

- Planétologie comparée (AA2-1) (A. Doressoundiram, T. Widemann, 10 h de cours, TD).

Description générale du Système Solaire :
1- Surfaces planétaires : Phénomène de la différenciation. Energie interne des planètes. Géologie, tectonique et volcanisme. Étude des surfaces. Cratérisation. Physique des impacts.
2-Structure interne : Modèles des intérieurs planétaires (équilibre hydrostatique, équation d’état, ...). Structure interne des planètes telluriques. Structure interne des planètes géantes.
3- Physique des petits corps (astéroïdes et comètes) : Dynamique (résonances). Distribution de tailles et évolution collisionnelle. Composition. Minéralogie. Photodissociation et évolution chimique.


- Atmosphères planétaires (AA2-2) (E. Lellouch, 10 h de cours, TD).

Principes physiques régissant les atmosphères : équilibre hydrostatique, convection, thermochimie, photochimie, condensation et nuages, équilibre radiatif, effet de serre, équilibre de sublimation, transfert radiatif, dynamique, échappement. Moyens d’étude : imagerie, spectroscopie, mesures in-situ. Diversité des atmosphères planétaires : les atmosphères des planètes telluriques, des planètes géantes, et des satellites. Composition, structure thermique, météorologie. Indications sur l’origine et l’évolution des atmosphères planétaires.


- Effets géophysiques sur la rotation de la Terre (AA2-3) (C. Bizouard, 10 h de cours, TD).

Présentation générale de nos connaissances actuelles sur la rotation de la Terre : effets astronomiques, effets géophysiques - applications. Les équations dynamiques d’Euler pour un corps en rotation, linéarisation au cas de petites perturbations sur la rotation => équations d’Euler Liouville. Résolution pour un modèle de Terre rigide (aucun phénomène géophysique). Résolution pour un modèle de Terre à manteau élastique. Résolution pour un modèle de Terre à manteau élastique et noyau fluide Effets de l’atmosphère. Effets des océans. Effet du couplage électromagnétique noyau-manteau. Effets géodynamiques (rebond post-glaciaire, tremblements de terre).


- Dynamique des corps en rotation (AA2-4) (N. Rambaux, 10 h de cours)

Principes fondamentaux de la dynamique, Eléments de cinématique vectorielle. Mouvement képlerien. Potentiel du corps solide. Moyennisation des équations de la dynamique. Problème des repères. Précession. Précession d’un satellite naturel et précession produite par le satellite. Perturbations planétaires. Théorie astronomique des paléoclimats. Effets dissipatifs de marée dans le système Terre-Lune. Aspects de la dynamique de la planète Mars et le problème des paléoclimats martiens.


- Milieu interstellaire (AA2-5) (F. Le Petit, 10 h de cours, TD).

Images globales du milieu interstellaire galactique à différentes longueurs d’ondes. Extinction interstellaire et composante solide. Les quatre phases gazeuses : moléculaire, atomique, ionisée tiède, coronale. Exemples d’images et de spectres de nébuleuses. Raies d’émission permises, interdites et de structure fine. Excitation des raies par recombinaison et par collision électronique. Atome à trois niveaux et concepts de diagnostic de plasma dilué. Photoionisation et recombinaison ; sphère ou coquille de Strömgren. Régimes de température selon la composition chimique et l’étoile excitatrice.


- Introduction à la Cosmologie (AA2-6) (V. Cayatte, 10 h de cours, TD).

L’univers homogène et isotrope. Le modèle cosmologique standard. Les paramètres cosmologiques. Le Big Bang : la nucléosynthèse primordiale et l’évolution thermique
de l’univers. La matière noire. L’accélération de l’univers et l’énergie noire.
L’univers inhomogène. Le rayonnement fossile. L’inflation.


>>>> Gravitation et Relativité (6 ECTS, S1)

- Gravitation (J. Souchay, 30 h de cours, TD).

Théorèmes de base de la Mécanique Céleste. Le mouvement de deux corps : le problème képlérien, propriétés générales ; équations du problème à n corps. Systèmes d’équations canoniques et changements de variables canoniques. La méthode hamiltonienne. La méthode lagrangienne. Théorème de Jacobi. Théorie des perturbations, équations de Lagrange. Application au mouvement d’un satellite artificiel : équations de base.


- Relativité et applications (M.-C. Angonin, 30 h de cours, TD)

Relativité restreinte. Principe de relativité, espace-temps de Minkowski, quadrivecteurs, transformations de Lorentz. Relativité de la simultanéité, dilatation des durées, effet Doppler, aberration de la lumière. Effet Sagnac, métrique sur un disque tournant. 2) Relativité générale. Principe d’équivalence, introduction d’une métrique, temps propre, décalage gravitationnel des fréquences (effet Einstein), espace associé à un observateur. Mouvements des particules massives et des photons déduits du principe des géodésiques. Approximation post-newtonienne. Echelles de temps. Avance du périhélie des planètes, effet de retard (effet Shapiro), déviation des rayons lumineux.

documents


>>>>Physique des Satellites et du Positionnement (3 ECTS, S2, M.-C. Angonin (resp.), P. Delva, 20 h de cours, 10h de TD)

- Objectifs

L’objectif de ce cours est d’étudier en détail les différents aspects de la physique des systèmes de positionnement par satellite et de leurs applications.

- Pré-requis

Des notions de physique quantique et de relativité sont souhaitables.

- Thèmes abordés

1-Systèmes de référence en temps et en espace : horloges atomiques, notions de métrologie, systèmes de coordonnées

2-Physique des satellites : orbitographie, principe des mesures de positionnement, transfert de temps

3-Physique de l’atmosphère terrestre et conséquences sur les transferts de temps
Notions de pseudo-distance, les signaux des systèmes de positionnement

4-Récapitulatif et budget d’erreur

5-Principe du GPS différentiel. Applications en géodésie, géophysique, dans les transports, l’agriculture, …

- Compétences attendues à la fin de l’UE

Etre capable d’aborder l’étude d’un système complexe faisant intervenir différents aspects de physique présentée en master (physique quantique, relativité, mécanique, traitement du signal, …).
Etre capable d’appliquer les notions de physique théorique de base à des cas très appliqués : estimer des ordres de grandeurs et, le cas échéant, les amplitudes des phénomènes.
Savoir mettre en place un budget d’erreur et déterminer des performances simples. Avoir des notions de métrologie.


>>>>Théorie mathématique pour la Physique (6 ECTS, S2, resp. L. Niederman, 60 h de cours, TD)

Prenant comme fil directeur une introduction à la structure géométrique des équations
de la mécanique (1), on donnera dans le cours les bases nécessaires (2)
en calcul différentiel, calcul extérieur et équations différentielles,
qui permettent en particulier de comprendre la différence
entre espace tangent et espace cotangent d’un espace de configuration .

(1)
Géométrie et mécanique : introduction à la mécanique
lagrangienne et hamiltonienne via le principe de moindre action. Invariant intégral
de Poincaré-Cartan, équation de Hamilton-Jacobi.
Symétries et intégrales premières.
Structures symplectiques et de contact.
Les flots géodésiques sur des surfaces et le problème restreint des trois corps
illustreront la partie théorique.

(2)
— Calcul différentiel (dérivée, théorème d’inversion locale).
— Equations différentielles et champs de vecteurs.
— Formes différentielles et formule de Stokes.


>>>> Optique et Spectroimagerie Solaire (3 ECTS, S1, resp. J.-M. Malherbe, 30 h de cours, TP & TD).

Enseignants participants : J. Moity ;
Assistant technique : R. Lecocguen

Le module OSS (Optique et Spectro imagerie Solaire) a pour
but de familiariser les étudiants avec les notions
d’imagerie, de spectroscopie et de polarimétrie (mesure de
la polarisation de la lumière). Le module
comporte 4 séances de cours et 8 séances d’applications,
sous forme de TP ou de TD. Les TP sont effectués à la
Tour Solaire de Meudon où les notions d’imagerie et de
spectroscopie peuvent être mises en oeuvre sur un grand
instrument professionnel. Les TD comportent des exercices
de traitement de données réelles typiques, obtenues sur
des instruments solaires variés, à réaliser en langage IDL.

cours sur sympa
PDF - 6.7 ko
programme 2009
PDF - 538.9 ko
IDL 2009
PDF - 100 ko
examen 2008
PDF - 48.5 ko
examen 2007
PDF - 132.6 ko
OSS examen 2009

>>>> Physique et Détection des AstroParticules (6 ECTS, S1, A. Zech, 60 h de cours et TD)

Introduction à l’astrophysique aux hautes énergies (astronomie X et gamma) et à la physique des astroparticules (rayons cosmiques, neutrinos, matière noire).

Interactions des particules élémentaires de haute énergie avec la matière et les champs magnétiques (ionisation, rayonnement de freinage, interactions nucléaires, photo-absorption, diffusion Compton, production et annihilation de paires, rayonnement synchrotron).

Méthodes de détection (scintillateurs, photomultiplicateurs, etc.) et instruments
(Chandra, H.E.S.S., Auger etc.).

Discussion de sujets de recherche actuelle à partir de publications récentes.

TD sous forme d’exercices et de présentations d’articles.


>>>>Instrumentation et méthodes associées (6 ECTS, S2)

-  Instrumentation optique et infrarouge
& Etude d’une chaîne de mesure, analyse du signal IMA I
( resp. B. Mosser, 30 h de cours, TD).

Rappels d’optique géométrique. Rappels d’optique physique. Optique de Fourier et notions associées : diffraction de Fresnel et de Fraunhofer. Formation des images, interférométrie et cohérence. Optique atmosphérique et initiation à l’optique adaptative. Spectrométrie pour la haute résolution spectrale. Haute résolution angulaire. Imagerie grand champ. Grands projets instrumentaux.

Introduction à une chaîne de mesure. Notions de signal, bruit et biais. Rappel sur les variables aléatoires. Processus physiques de détection. Les bruits de mesure et le bruit de photons : propriétés statistiques des bruits. Notion de rapport signal à bruit et critères de détection. Mise en forme du signal, vers la mesure. Echantillonnage, filtrage.


- Initiation à l’observation astronomique et à la réduction des données (IMA-3) (resp. C. Boisson, 30 h de TP, TP).

Observations nocturnes ou diurnes à l’Observatoire de Meudon, en mettant en œuvre des télescopes de la classe 0.3-1m et des instruments semi-professionnels. Réduction des observations. Utilisation d’outils logiciels professionnels. Pointage d’un télescope, coordonnées célestes, optique des télescopes. Imagerie CCD : principe du capteur, conditions d’utilisation, fonction d’étalement de point, aberrations, biais et bruits, acquisition et traitement de données numériques. Imagerie infrarouge : principe du capteur, conditions d’utilisation, cryogénie, rayonnement de fond thermique, biais et bruits, acquisition et traitement de données numériques. Interférométrie radio solaire : détection aux fréquences radio, interférométrie, bruits et parasites, acquisition et traitement de données informatisées. Spectroscopie : principe du spectrographe, transport par fibre optique, résolution spectrale, biais et bruits.


>>>>Traitement du Signal et Méthodes Inverses 1 (3 ECTS S1)

-  Partie I Traitement du signal (F. Baudin 30 heures cours, TD, TP )

1- Variables aléatoires et signaux astrophysiques
Rappels mathématiques de probabilité et statistiques
Sources de bruit dans les signaux astrophysiques

2- Analyse de signaux périodiques bruités
Transformée de Fourier
Convolution
Analyse en ondelettes
Illustrations avec des exemples astrophysiques


>>>>Traitement du Signal et Méthodes Inverses 2 (3 ECTS S2)

-  Partie II Problèmes inverses et techniques d’inversion (M.-J. Goupil, C. Barban, 30h cours, TD, TP)

1- Approche déterministe
Introduction exemples et définitions
Méthodes d’inversion classiques
Caractère mal posé des problèmes inverses
Stratégie de reconstruction
Méthodes de résolution avec régularisation
Illustration de l’intérêt de l’ajoût d’une contrainte a priori
Méthodes de régularisation avec a priori douceur
Généralisation : filtrage régularisant
Méthode de décomposition en valeurs singulières tronquée
Méthodes OLA (Optimal local Averaging), SOLA
Efficacité des méthodes : comparaison
Illustrations avec des exemples astrophysiques

2- Approche probabiliste
Approche Bayésienne
Illustrations avec des exemples astrophysiques

TP sur ordinateur


>>>> Physique Statistique des milieux dilués et denses (6 ECTS S1, M.L. Dubernet, P. Tuckey, 60 h de cours, TD)

Approche statistique des équilibres. Descriptions microcanonique, canonique et grand canonique. Thermodynamique. Systèmes classiques - gaz parfait- gaz réel. Gaz quantiques - Fermions, Bosons, condensation de Bose-Einstein. Vibrations dans les solides - phonons. Rayonnement du corps noir. Magnétisme. Processus irréversibles. Marche au hasard - mouvement brownien. Transition de phase.


>>>> Dynamique des milieux dilués 1 (6 ECTS S1)

- Mécanique des fluides neutres et ionisés (C. Sauty, V. Cayatte, 30 h de cours, 30h de TD)

Ce cours présente tout d’abord les équations de bases de l’hydrodynamique indispensables à la compréhension de nombreux phénomènes astrophysiques.
Illustration avec les atmosphères planétaires, les disques d’accrétion et le vent solaire.

Introduction aux ondes et instabilités hydrodynamiques d’intérêt astrophysique dont les instabilités gravitationnelles, de Kelvin-Helmholtz, de Rayleigh-Taylor.

Présentation des équations de bases de la magnétohydrodynamique.
Illustration avec les équilibres forces free. Introduction de la diffusivité magnétique, du théorème d’Alfvén du flux gelé et de notions sur la reconnection magnétique. Reynolds magnétique.

Introduction aux ondes MHD et aux instabilités magnétiques, intabilités de courant, magnétorotationnelle etc,... et aux écoulements magnétisés dans les jets astrophysiques..

Viscosité en hydrodynamique. Notion de vorticité, théorème de Kelvin. Nombres de Reynolds, de Prandtl, de Prandtl magnétiques. Viscosité et diffusivité magnétique turbulentes.

Introduction à la convection, la dynamo, les chocs et les discontinuités. Transition vers la turbulence.


>>>> Dynamique des milieux dilués 2 (3 ECTS S2)


- Théories cinétiques et phénomènes de transport(C. Sauty, V. Cayatte, 15 h de cours, 15h de TD)

Il s’agit d’aborder dans ce cours la physique statistique hors d’équilibre des milieux dilués à partir d’une approche mécanique.

Après des rappels brefs de mécaniques Lagrangienne et Hamiltonienne, on établit l’équation de Liouville et introduit la Hiérarchie BBGKY.

Présentation de l’Equation de Boltzmann :
Etude des phénomènes de transports dans les gaz dilués : du microscopique au macroscopique.

Présentation de l’Equation de Vlasov :
Etude des ondes dans les plasmas peu collisionnels.

Présentation de l’Equation de Fokker-Planck :
Mouvements stochastiques et brownien, modèle de Langevin.


>>>>Informatique (3 ECTS S1 + 3 ECTS S2, C. Balança, C. Barban, 60 h de cours, TD)

S1 :
- Introduction Unix : Système de fichiers. Commandes de bases. Shell, expressions régulières, variables d’environnement, makefile. Internet, protocoles réseau, recherche d’information, Web, sécurité.
- Introduction IDL
- Fortran 90 : Syntaxe. Bibliothèque. Compilation. Test et débuggage. Analyse Numérique : Principales méthodes (dichotomie, Runge Kutta, ...).

S2 :
- Introduction C


>>>> Anglais Scientifique (3 ECTS S2, F. Delahaye, 30 h de cours, TD)


Buts du cours :
- Apprendre à écrire et à communiquer en anglais sur des sujets d’astro-physique.
- Aide à la préparation de tests d’anglais (TOEFL, TOEIC).



COURS PROPOSES A L’UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE (Paris 6)



Physique Quantique Appliquée (6 ECTS S1, C. Antoine et T. Fouchet, 60 h de cours, TD)

Formation aux méthodes de la physique quantique couramment utilisées, en particulier pour les sciences de la matière diluée et de l’environnement (océans, atmosphère, climats, télédétection, astrophysique, ...

Formalisme de Dirac et contenu physique de la mécanique quantique, particules indiscernables, moments cinétiques, théories des perturbations, atomes et molécules, éléments de spectroscopie.


Milieux Dilués : Rayonnement (3 ECTS S2, T. Fouchet, 30 h de cours, TD / MU541)

Introduction à la physique d’instruments de haute technologie, largement utilisés dans le domaine industriel aussi bien que dans la recherche, en particulier pour les sciences de la matière diluée et de l’environnement.

Résonance magnétique nucléaire, résonance paramagnétique électronique, systèmes à deux niveaux, milieu amplificateur, cavité laser.

matériel en ligne






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