UE 1-6 Physique expérimentale et outils numériques.

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Cette UE de 6 ECTS 60 heures/étudiant, comporte deux types d’enseignements en symbiose

  • l’un centré sur la notion d’ "expérimentation"
  • l’autre plus axé sur les outils numériques

 A - Physique expérimentale 

 Objectifs :

  Amener les étudiants à devenir autonomes dans l’utilisation du matériel standard du laboratoire de Physique expérimentale, dans le but de mettre en évidence un effet physique donné par des mesures convenablement acquises, traitées et présentées, ainsi qu’à acquérir un esprit critique sur ces résultats de mesures.

 Compétences visées :   

  • Maîtriser les appareils de mesure « standards » des physiciens expérimentateurs (thermocouples, multimètres, photo-détecteurs, oscilloscopes numériques, spectromètres,…)
  • Savoir utiliser les outils modernes de présentation (graphes) et de traitement (ajustements,…) des données par l’ordinateur (logiciel dédié « Igor ProTM »)
  • Connaître dans les grandes lignes les principes de l’acquisition et le traitement des données via l’ordinateur (Cartes d’acquisition modernes National Instruments, Logiciel « Igor ProTM » et/ou « MatLabTM »)
  • Rédiger un cahier de laboratoire

 Contenu :

Une phase préparatoire -en enseignement à distance- suivie d’une semaine de travaux pratiques (en présentiel en principe).
Phase préparatoire : Le bagage nécessaire à la bonne exécution des travaux pratiques est mis à disposition des étudiants en cours d’année, sous forme d’un texte accompagné d’exercices, faisant appel en particulier à un logiciel d’acquisition, de visualisation et de traitement de données évolué, comme Igor Pro(TM), disponible sur le web en version d’essai.
Le programme de cette partie préparatoire comprend : Introduction à la théorie de la mesure, familiarisation avec le programme de visualisation et de traitement de données Igor Pro(TM) (Wavemetrics), bases de l’acquisition de données avec des cartes d’acquisition (type national InstrumentsTM), génération de signaux, analyse en fréquence (TFD).  
La semaine de TPs comprend :

  • 8 TPs de 3h30 = 32 hTP,  
  • Projets personnels encadrés : 2 heures d’introduction aux  projets du 2d semestre.

 

 B - Outils numériques 

 Motivations :

  Depuis l'avènement de l'informatique, les physiciens ont utilisé cet outil afin de vérifier ou simuler des phénomènes physiques dont la résolution analytique est soit impossible, soit hors de portée (voir les travaux pionniers de Fermi, Pasta et Ulam (FPU 1955) sur l’état d'équilibre d'une chaîne d'oscillateurs non linéaires). Depuis, l'informatique s'est imposée dans quasiment tous les domaines de la physique, et est utilisée massivement dans l'industrie, la "virtualisation" des phénomènes permettant des économies substantielles (en évitant entre autres de nombreuses expériences coûteuses et en  raccourcissant les temps de conception d'avions, de voitures, de circuits électroniques, etc.…)

 Compétences visées :   

  • Maîtrise du logiciel de mises en page de documents scientifique : Latex, et d'éditeurs utilisant cet outil comme par exemple lyx), codage de documents, lien  avec HTML et XML
  • Maîtrise de la programmation pour simuler des phénomènes physiques.  Nous nous appuierons en particulier sur un langage interprété, le langage PYTHON.
  • Sensibilisation à la réflexion sur le temps de calcul (complexité et scalabilité de l'algorithme), et l’importance de  l’aspect « validation »
  • Introduction à la suite Sage. Développée en python, il s'agira d'utiliser l'outil et de proposer un ou deux projets utilisant le calcul formel.

Les rapports devront être rédigés en latex .

 

 Références :

 

De nombreux ouvrages traitent de cette problématique, en particulier (ouvrage récent) Computational Physics  (http://www-personal.umich.edu/~mejn/computational-physics/ ). Il y a aussi l'incontournable « numerical  recipes » pour des aspects ponctuels.