Enseignements à la licence de Sorbonne Université
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UE d'optique et électromagnétisme LU3PY121 (2020-2024)
UE Climat-Énergie-Société LU2PY125 (2023-2024)
Enseignements à l'ENS
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Optique (L3 2019-2024)
- TD1 : Spectroscopie, profil de raie, résolution sub-Doppler. Correction.
- Un court article sous la découverte de la spectroscopie à deux photons
- l'article original
- une simulation Python pour visualiser l'intensité transmise par un réseau de fentes en fonction de tous les paramètres pertinents. Pour la faire fonctionner, il faut télécharger les packages associés (lien github)
- TD2 : Cavité Fabry-Perot et applications. Correction.
- TD3 : L'interféromètre Virgo. Correction.
- Un (très long) article de revue sur les modifications de Virgo vers Advance Virgo. De jolies images sur les optiques, les bras, les suspensions, etc.
- TD4 : Lame diélectrique et miroir de Bragg.Correction partielle
Enseignements passés
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TDs de mécanique quantique (Agrégation de physique 2017-2023)
Énoncés de travaux dirigés de mécanique quantique (option physique)
- TD1 : Analyse dimensionnelle. Correction
- TD2 : Paquet d'onde en mécanique quantique. Correction
- TD3 : Particules dans un potentiel constant par morceaux. Correction
- TD4 : Le spin en mécanique quantique. Correction
- TD5 : Système à deux niveaux et RMN. Correction
- TD6 : L'oscillateur harmonique. Correction
Topology in Physics (M1 2019-2021)
- TD1 : Aharonov-Bohm effect. Correction.
- The original article by Aharonov and Bohm
- In the 80', the existence of the AB effect was really unclear, see for example this article
- Since the experimental demonstration by Tonomura et al., this effect has been acknowledged.
- 30 years after, the AB effect is still an effect of interest: see this recent proposal to explore AB effect in Bose-Einstein condensates
- TD2 : Magnetic monopoles and experimental realizations. Correction.
- Prediction of magnetic monopoles in Spin ice : Castelnovo et al. Magnetic monopoles in spin ice, Nature (2008)
- Noise measurement in Spin ice : Dusad et al., Magnetic monopole noise, Nature (2019)
- Monopoles in BEC : Ray et al., Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field, Nature (2014)
- TD3 : Berry phase and Foucault Pendulum. Correction.
- TD4 : Topological origin of equatorial waves. Correction.
- Derivation of the equations of mass conservation and Navier-Stokes for a shallow layer: an excerpt of Geoffrey K. Vallis - Atmospheric and oceanic fluid dynamics. Fundamentals and large-scale circulation-Cambridge University Press (2006)
- Explications sur la définition de la connexion de Levi-Civita : extrait d'un cours d'Introduction à la géométrie et la topologie des espaces fibrés en physique par F. Faure
- TD5 : The SSH model: an example of quantum phase transition. Correction.
A recent review can be found here. The protection of the topology by the symmetry in discussed, and the article introduces the Rice-Mele model that breaks chiral symmetry. - Homework assignment. Correction.
- TD7 : Semiclassical quantities and the quantum geometric tensor.
- TD8 : Quantum Hall Effects. Correction.
There used to be a very nice MOOC (that I followed during my PhD), which is now completly open on this website https://topocondmat.org/. On the subject of QHE, you can go on this page to learn more about IQHE and on this page for the QSHE. I highly recommend the short video by C. Kane.
TDs d'optique et introduction à Python à l'agrégation de chimie (2019-2021)
Énoncés de travaux dirigés d'optique géométrique (option chimie)
- TD1 : Lois de l'optique
- TD2 : Instruments d'optique. Correction
Fichiers Jupyter-Notebook du cours d'introduction au langage Python
Les programmes Python écrits par la prépa agreg de Montrouge et utiles pour les leçons sont téléchargeables sur cette page du site de l'agrégation. Prenez garde de bien télécharger tout le dossier de programmes pour pouvoir utiliser le module "maison".Mécanique analytique (ENS L3 2013-2019)
Énoncés de travaux dirigés
- TD1 : Principes variationnels
- TD2 : Lagrangiens et constantes du mouvement
- TD3 : Optimisation sous contraintes
- Devoir maison (extrait de l'examen de 2017)
- TD4 : Introduction à la théorie des champs
- TD5 : Description hamiltonienne
- TD6 : Méthodes perturbatives
Compléments de cours
Annales d'examens
- 2018 : Modes de flexion d'une lame, mouvement dans une parabole et régulateur à boules (English version). Correction de la partie 1
- 2017 : Pendule sphérique et mécanisme de Higgs
- 2016 : Formation de rides perpendiculaires sur l'eau, et exemples de systèmes couplés. Correction de la partie 1
- 2015 : Approche variationnelle du magnétisme et oscillateurs couplés. Correction de la partie 1
- 2014 : Dissipation en mécanique, et enroulement de l'ADN (English version)
- Anciens sujets : 2013, 2012, 2011, 2010, 2010b, 2009, 2008
Physique statistique (L3 2017-2019)
TD 1 - Compléments sur la notion de bruit électronique (thermique, quantique, grenaille, etc.) : article de Julien Gabelli dans Images de la Physique
TD 3 - Compléments sur le magnétisme
TD 3 - Discussion sur les températures négatives: Article mettant en doute l'existence de telles températures, puis une des réponses. Un article de revue sur le sujet, qui discute de la controverse et définit les entropies de Gibbs et de Boltzmann.
DM 2018-2019 : Correction.
Préparation au French Physicists' Tournament (L3 2016-2019)
Lien vers le site du tournoi : http://fpt.science et la chaîne Youtube.
Physique expérimentale (M1 2013-2019)
Co-responsable du cours de physique expérimentale avec Alexis Bres et Guillaume Michel
Quelques idées de projets expérimentaux
Une tonne d'idées
- Un phénomène de la vie quotidienne !
- L'International Physicists Tournament est une grande source d'inspiration pour trouver un projet expérimental.
- Dans une certaine mesure, on pourra aussi s'inspirer des sujets des Olympiades de Physique internationales ou nationales.
- On peut regarder des articles de l'American Journal of Physics, de l'European Journal of Physics ou du Bulletin de l'union des physiciens
Démonstration de l'effet Zeeman
Lorsque des atomes sont placés dans un champ magnétique, une partie de la dégénérescence des niveaux d'énergie liée au nombre quantique magnétique et au nombre quantique de spin est levée : c'est l'effet Zeeman. Concrètement, les niveaux d'énergie se décalent, ce qui peut s'observer par interférométrie. Si Zeeman a observé cet effet avec un simple réseau, il est plus simple à mettre en évidence avec un interféromètre de grande finesse, par exemple un interféromètre de Fabry et Perot.
Quelques projets d'optique
Beaucoup de phénomènes optiques de la vie quotidienne sont assez délicats à reproduire en laboratoire. Qu'en est-t-il des arcs surnuméraires d'un arc-en-ciel, du spectre et de la gloire de Brocken ?
Le prisme de Wollaston est un objet complexe qui permet de séparer faiblement des rayons lumineux afin de leur faire parcourir des trajets légèrement différents, puis de les recombiner pour réaliser de l'interférométrie dite différentielle. Un exemple ci-dessous de la flamme d'une bougie vue par interférométrie différentielle.
Vidéo réalisée par Guillaume Michel
Le bateau pop-pop
Un bateau pop-pop est une espèce insolite de bateau: sans turbine ni moteur, il se met à avancer lorsqu'on allume une bougie. Les moteurs monothermes étant interdits par la thermodynamique, comment fonctionne-t-il ? Peut-on caractériser sa vitesse ? Son rendement en tant que moteur ?
Effet thermo-acoustique
Il est possible de créer du son à partir d'un tube chauffé d'un des deux côtés...Expérimentez !
Effet de la température sur un résonateur de Helmholtz
Un résonateur de Helmholtz est une simple cavité dans laquelle l'air peut entrer en résonance. Comment dépend cette résonance de la température ? de la pression ? de différents paramètres physiques du système ? On pourra rapprocher ce problème du Sound Thermometer de l'IPT 2018.
La physique du sport
En lien avec le projet Sciences2024 de collaboration entre sportifs et scientifiques, proposer un sujet qui traite de la physique du sport!
Projet Arduino
Mettre en place un système avec rétro-action utilisant un Arduino.
Monter seul(e) son microscope à effet tunnel!
Construire un microscope à effet tunnel de zéro... et optimiser sa résolution. Voici un exemple de réalisation :https://dberard.com/home-built-stm/.
Science frugale
La science frugale est une très bonne source d'inspiration : faire un piège optique dans un DVD, une mini-centrifugeuse, un écho-stétoscope, etc. Aller voir l'exposition numérique sur PSL Explore.
Énoncés de travaux dirigés
- TD1 : Principes variationnels
- TD2 : Lagrangiens et constantes du mouvement
- TD3 : Optimisation sous contraintes
- Devoir maison (extrait de l'examen de 2017)
- TD4 : Introduction à la théorie des champs
- TD5 : Description hamiltonienne
- TD6 : Méthodes perturbatives
Compléments de cours
Annales d'examens
- 2018 : Modes de flexion d'une lame, mouvement dans une parabole et régulateur à boules (English version). Correction de la partie 1
- 2017 : Pendule sphérique et mécanisme de Higgs
- 2016 : Formation de rides perpendiculaires sur l'eau, et exemples de systèmes couplés. Correction de la partie 1
- 2015 : Approche variationnelle du magnétisme et oscillateurs couplés. Correction de la partie 1
- 2014 : Dissipation en mécanique, et enroulement de l'ADN (English version)
- Anciens sujets : 2013, 2012, 2011, 2010, 2010b, 2009, 2008
TD 1 - Compléments sur la notion de bruit électronique (thermique, quantique, grenaille, etc.) : article de Julien Gabelli dans Images de la Physique
TD 3 - Compléments sur le magnétisme
TD 3 - Discussion sur les températures négatives: Article mettant en doute l'existence de telles températures, puis une des réponses. Un article de revue sur le sujet, qui discute de la controverse et définit les entropies de Gibbs et de Boltzmann.
DM 2018-2019 : Correction.
Préparation au French Physicists' Tournament (L3 2016-2019)
Lien vers le site du tournoi : http://fpt.science et la chaîne Youtube.
Physique expérimentale (M1 2013-2019)
Co-responsable du cours de physique expérimentale avec Alexis Bres et Guillaume Michel
Quelques idées de projets expérimentaux
Une tonne d'idées
- Un phénomène de la vie quotidienne !
- L'International Physicists Tournament est une grande source d'inspiration pour trouver un projet expérimental.
- Dans une certaine mesure, on pourra aussi s'inspirer des sujets des Olympiades de Physique internationales ou nationales.
- On peut regarder des articles de l'American Journal of Physics, de l'European Journal of Physics ou du Bulletin de l'union des physiciens
Démonstration de l'effet Zeeman
Lorsque des atomes sont placés dans un champ magnétique, une partie de la dégénérescence des niveaux d'énergie liée au nombre quantique magnétique et au nombre quantique de spin est levée : c'est l'effet Zeeman. Concrètement, les niveaux d'énergie se décalent, ce qui peut s'observer par interférométrie. Si Zeeman a observé cet effet avec un simple réseau, il est plus simple à mettre en évidence avec un interféromètre de grande finesse, par exemple un interféromètre de Fabry et Perot.
Quelques projets d'optique
Beaucoup de phénomènes optiques de la vie quotidienne sont assez délicats à reproduire en laboratoire. Qu'en est-t-il des arcs surnuméraires d'un arc-en-ciel, du spectre et de la gloire de Brocken ?
Le prisme de Wollaston est un objet complexe qui permet de séparer faiblement des rayons lumineux afin de leur faire parcourir des trajets légèrement différents, puis de les recombiner pour réaliser de l'interférométrie dite différentielle. Un exemple ci-dessous de la flamme d'une bougie vue par interférométrie différentielle.
Vidéo réalisée par Guillaume Michel
Le bateau pop-pop
Un bateau pop-pop est une espèce insolite de bateau: sans turbine ni moteur, il se met à avancer lorsqu'on allume une bougie. Les moteurs monothermes étant interdits par la thermodynamique, comment fonctionne-t-il ? Peut-on caractériser sa vitesse ? Son rendement en tant que moteur ?
Effet thermo-acoustique
Il est possible de créer du son à partir d'un tube chauffé d'un des deux côtés...Expérimentez !
Effet de la température sur un résonateur de Helmholtz
Un résonateur de Helmholtz est une simple cavité dans laquelle l'air peut entrer en résonance. Comment dépend cette résonance de la température ? de la pression ? de différents paramètres physiques du système ? On pourra rapprocher ce problème du Sound Thermometer de l'IPT 2018.
La physique du sport
En lien avec le projet Sciences2024 de collaboration entre sportifs et scientifiques, proposer un sujet qui traite de la physique du sport!
Projet Arduino
Mettre en place un système avec rétro-action utilisant un Arduino.
Monter seul(e) son microscope à effet tunnel!
Construire un microscope à effet tunnel de zéro... et optimiser sa résolution. Voici un exemple de réalisation :https://dberard.com/home-built-stm/.
Science frugale
La science frugale est une très bonne source d'inspiration : faire un piège optique dans un DVD, une mini-centrifugeuse, un écho-stétoscope, etc. Aller voir l'exposition numérique sur PSL Explore.