p. 1 UE 1 : Mécanique quantique.

ANNEXE IV.1 - Programmes des UE’s du M1 MPAD. Période 1 p. 1
UE 1 : Mécanique quantique.
Cette UE est scindée en 2 UE’s de 3 ECTS dont l'une est mutualisée avec le parcours SPACE.
Motivations : La mécanique quantique est l'un des domaines incontournables de la physique
moderne issue du XX-ème siècle. Elle a profondément changé notre façon d'appréhender la
nature et n'a, jusqu'à présent, jamais été mise en défaut expérimentalement. Reposant sur le
concept d'amplitude de probabilité et sur le principe de superposition d'états, la mécanique
quantique est omniprésente dans la technologie actuelle et fait l'objet d'intenses recherches et
d'applications techniques.
UE 1-1 : Mécanique quantique A : Physique quantique. 3 ECTS. Equivalent horaire 30h.
Mutualisation avec le parcours SPACE.
Ce cours s'adresse à des étudiants possédant une Licence de Physique, et inscrits en M1 parcours
MPAD ou parcours SPACE. Dans l'optique où des étudiants n'auraient jamais suivi un tel enseignement
au cours de leur cursus antérieur, le contenu de ce cours abordera différents exemples de phénomènes
physiques que seule la mécanique quantique permet d'expliquer. Il prépare aux applications en physique
atomique, subatomique et moléculaire.
I- Systèmes à 2 états
II- Mécanique ondulatoire à 1D
III- Mécanique ondulatoire à 3D et liens avec la spectroscopie
IV- Addition des spins et liens avec la physique atomique et subatomique.
UE 1-2 : Mécanique quantique B : Aspects fondamentaux. 3 ECTS. Equivalent horaire 30h.
Ce cours s'adresse à des étudiants possédant une Licence de Physique ou ayant suivi l'UE1-A,
inscrits en M1 MPAD. Le formalisme de la mécanique quantique y est abordé avec une attention toute
particulière sur la notion importante de symétrie. De nouvelles applications des concepts et techniques
y seront développées.
I- Mathématiques et formalisme de la MQ
II- Théorie quantique de Schrödinger
III- Principes généraux de la mécanique quantique
IV- Addition des moments angulaires
V- Méthodes d'approximation
Références de livres acquis à la BU-SCD d’AMU :
Aslangul Cl. - Cours de Mécanique Quantique (cours + exos, en 3 tomes) De Boeck. 2007, 2008,
2009.
Basdevant J.-L, Dalibard J.&Joffre M., Mécanique Quantique (cours+exos), École Polytechnique, 2002.
Le Bellac M. Physique Quantique, EDP Sciences (2nde édition 2007, 3ème édition tomes I&II 2013).
Griffiths D.J., Introduction to Quantum Mechanics, Englewood Cliffs N.J. Prentice Hall 1995.
Sakurai J.J., Modern Quantum Mechanics, Addison Wesley, 1994.
Greiner W. , Quantum Mechanics: an Introduction, Springer 2001 (traduit en français)
Quantum Mechanics: symmetries, Springer 1994 (traduit en français)

ANNEXE IV.1 - Programmes des UE’s du M1 MPAD. Période 1 p. 2
UE 2 Électromagnétisme
UE (6 ECTS, équivalent horaire 60h)
L’UE 2.1 est mutualisée avec une UE du M1- Master SPACE.
Motivations : Le but de cette UE est de présenter les bases théoriques de l’interaction entre
matière et lumière. Dans une première partie, la matière sera source de rayonnement, du
rayonnement émis par une charge en mouvement au modèle d’Einstein en passant par l’étude
du rayonnement thermique. L’interaction entre un atome et le rayonnement permettront
d’introduire les notions de diffusion et d’absorption. Puis nous nous intéresserons à la
propagation des ondes électromagnétiques dans les milieux matériels, l’objectif étant de
comprendre les différentes caractéristiques des matériaux vis-à-vis des ondes avec un
formalisme de l’électromagnétisme allégé. On s’intéressera à l’aspect macroscopique de la
polarisation et de l’aimantation des milieux en interaction avec cette onde électromagnétique.
La propagation sera étudiée dans les milieux transparents, dispersifs et absorbants isotropes,
dans les métaux, dans les milieux anisotropes ainsi que dans les guides d’ondes.
Indispensable à ce cours, l’état de polarisation des ondes et la notion de tenseur seront
abordés. Ces études seront illustrées pas des applications en optique, télécommunication…
Pré requis
Éléments de mathématique : analyse vectorielle, analyse de Fourier.
Électromagnétisme dans le vide. Potentiels. Ondes planes et ondes sphériques.
Équations de Maxwell dans le vide en régime harmonique. Énergie et impulsion.
Optique Physique : diffraction, interférences
UE 2.1 – Électromagnétisme A : Rayonnement
I. Champs créés par des particules en mouvement (synchrotron, bremsstralung)
II. Émission dipolaire (émission spontanée, source spectrale, antenne)
III. Interaction atome-rayonnement (polarisabilité, diffusion, absorption)
IV. Émission thermique (corps noir, source d’électron)
V. Émission stimulée (Coefficient d’Einstein, laser, cohérence)
UE 2.2 – Électromagnétisme B et Optique approfondie
I. Équations de Maxwell dans les milieux matériels diélectriques isotropes en régime
linéaire. (Vecteurs polarisation P et magnétisation M ; Milieux parfaits ;
Dispersion, absorption ; Équation d'onde ; Relations de Fresnel)
II. Milieux matériels diélectriques anisotropes en régime linéaire (Propagation en
milieux anisotropes, polarisation ; Biréfringence, milieux uniaxes ; Polarisation
rotatoire)
III. Milieux guidés (Métaux, ondes évanescentes, effet de peau ; Guides d’ondes ;
Fibres optiques ; Propagation)
Bibliographie :
Électromagnétisme : Fondements et applications - José-Philippe Pérez, Robert Carles, Robert
Fleckinger, Hors collection, Dunod
Polarisation - Serge Huard, Masson 1994
Principles of Optics - Max Born & Emil Wolf, ( 4th.ed.) PergamonPress 1970

ANNEXE IV.1 - Programmes des UE’s du M1 MPAD. Période 1 p. 3
UE 3 : Physique statistique (classique)
UE de 6 ECTS (équivalent horaire 60h)
Cette UE est mutualisée avec le Master SPACE (M1).
Motivations : La physique statistique est l'un des domaines piliers de la physique. Elle
représente le moyen de transposer les propriétés microscopiques des systèmes physiques en
grandeur macroscopiques mesurables et constitue donc un pas important pour la
compréhension « en profondeur » des phénomènes collectifs. La nature même de la matière
ne peut être appréhendée sans elle.
I Outils mathématiques :
- méthode des multiplicateurs de Lagrange
- Théorème central limite (dont notion de variables indépendantes, probabilités
conditionnelles).
- Convergence en lois et fonction de Dirac comme limite de gaussienne (cf. théorie des
distributions)
II Marche au hasard (discrète et continue)
Limite de la loi binomiale, Poisson, Normale.
Illustrations sur les processus de Markov, les équations stochastiques, et l’entropie.
Mouvement Brownien.
Notions de statistique, de valeurs moyennes et de variance
Application aux phénomènes de diffusion et advection
III Ensembles statistiques :
Postulats de la physique statistique – ensemble microcanonique – fonction de partition
-valeurs moyennes et fluctuations – limite thermodynamique - dérivation de la thermo-
dynamique classique – théorème d’équipartition – Ensembles canonique, grand-
canonique, T-p - équivalence des ensembles
IV Théorie cinétique des gaz :
Distribution de Maxwell-Boltzmann – densité d’état du gaz parfait monoatomique -
Distribution des vitesses – vitesses moyennes - calcul de pression et équation d’état–
libre parcours moyen – temps de vol moyen
V Transport :
Lois de Fourier – Fick – Ohm – équations bilans – versions microscopiques et
macroscopiques – coefficients de diffusion (lien avec libre parcours moyen) - lien avec
la marche au hasard
Systèmes hors-équilibre, réponse linéaire, théorème de fluctuation-dissipation
Références:
Physique statistique, Diu, Hermann
Statistical and thermal physics, Reif, MacGrawHill
Statistical mechanics, Huang, Wiley
Cours de Physique de Berkeley, physique statistique, Reif.

ANNEXE IV.1 - Programmes des UE’s du M1 MPAD. Période 1 p. 4
UE 4 Physique expérimentale. Outils numériques.
Cette UE, de 6 ECTS 60 heures/étudiant, comporte deux types d’enseignements de volumes
horaires équivalents:
- l’un centré sur la notion d’ « expérimentation »
- l’autre plus axé sur les outils numériques
Une certaine symbiose entre les deux types d’enseignements est naturellement nécessaire.
A - Physique expérimentale
Objectifs : Amener les étudiants à devenir autonomes dans l’utilisation du matériel
standard du laboratoire de Physique expérimentale, pouvoir mettre en évidence un effet
physique donné par des mesures convenablement acquises, traitées et présentées, 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
1 semaine de TPs en présentiel, comprenant :
o 8 TPs de 3h30 = 32 hTP,
o Projets personnels encadrés : 2 heures d’introduction aux projets de second
semestre.
Phase préparatoire :Le bagage nécessaire à la bonne exécution des travaux pratiques sera mis
à disposition des étudiants en cours d’année, avant le rendez-vous des TPs, 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 ProTM, disponible sur le web en
version d’essai. Le programme de cette partie préparatoire comprend : Introduction à la
théorie de la mesure (incertitude), familiarisation avec le programme de visualisation et de
traitement de données Igor ProTM (Wavemetrics), bases de l’acquisition de données avec des
cartes d’acquisition (type national InstrumentsTM), génération de signaux, analyse en
fréquence (TFD).
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. On pourra par exemple penser aux travaux de Fermi, Pasta et
Ulam (FPU 1955) qui ont voulu vérifier la relaxation vers un état d'équilibre au sens
thermodynamique d'une chaîne d'oscillateurs non linéaires, et cela en partant des équations
microscopiques du mouvement. Depuis, l'informatique s'est imposée dans quasiment tous les
domaines de la physique, et est utilisée massivement dans l'industrie, pour laquelle la
"virtualisation" des phénomènes permet souvent, non seulement des économies en évitant de
nombreuses expériences coûteuses, mais aussi de raccourcir la conception d'avions, de
voitures, de circuits électroniques, etc.…

ANNEXE IV.1 - Programmes des UE’s du M1 MPAD. Période 1 p. 5
Nous nous appuierons sur des logiciels libres émanant du mouvement GNU
(http://www.gnu.org/) et FSF (http://www.fsf.org/).
Compétences visées
Maîtrise du logiciel de mises en page de documents scientifique : Latex
(http://www.latex-project.org/), et d'éditeurs utilisant cet outil comme par exemple lyx
(http://www.lyx.org), codage de documents, lien avec HTML et XML
Maîtrise de la programmation pour simuler des phénomènes physiques. nous nous
appuierons sur un langage interprété, le langage PYTHON
(https://www.python.org/). Après une prise en main du langage, différent petit
projets de simulations seront proposés. Il s'agira également de sensibiliser
les étudiants à la réflexion sur le temps de calcul (complexité et scalalbilité
de l'algorithme), et aussi d'insister sur les aspects validation
Introduction à la suite Sage (http://www.sagemath.org/fr/) 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.
Bibliographie: 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.