Plateformes word 2 colonnes

1. 1
FACULTÉ
DES SCIENCES
D’ORSAY
LES PLATEFORMES
EXPERIMENTALES EN
PHYSIQUE
L3-M1

2. 2
(VERSION SEPTEMBRE 2014)
PLATEFORMES EXPERIMENTALES EN
PHYSIQUE
Les formations en physique à l’Université Paris-Sud, de la
Licence au Master, sont largement adossées aux 21 laboratoires de
physique. La très grande diversité des thèmes de recherche au sein de
ces laboratoires permet ainsi d'offrir un large panel
d'enseignements allant de la physique fondamentale à la physique
appliquée et aux sciences de l'Ingénieur. La physique expérimentale
occupant une large place au centre scientifique d’Orsay depuis sa
création en 197, les enseignants-chercheurs ont toujours eu le souci
de transférer leur savoir-faire expérimental auprès des étudiants,
essence même de la formation universitaire par la recherche. C’est
pourquoi Il existe actuellement de nombreuses plateformes
expérimentales, souvent partagées par plusieurs filières, voire d’autres
composantes comme Polytech, alliant à la fois des expériences
classiques, base de la formation, et des expériences originales mettant
les étudiants en contact direct avec les dernières avancées
scientifiques et technologiques dans des domaines très variés de la
physique. Ce document a pour objectif de présenter les différentes
plateformes utilisées du L3 et M2 , un autre document sera consacré
aux plateformes de L1+L2.
Plateforme Astrophysique
L'Université Paris-Sud 11 dispose de plusieurs dispositifs permettant
des observations astronomiques de grande qualité :
 Un observatoire astronomique situé sur le campus d'Orsay. La
coupole d'astrophysique abrite un télescope de 35cm de
diamètre piloté par ordinateur permettant de faire de
l'observation visuelle ainsi que de l'imagerie avec la caméra
CCD d'ALCOR ou de la spectroscopie ( http://www.ias.u-psud.
fr/dole/coupole/)
 un ensemble de radiotélescopes (RAMEAU = Réseau
d'Antennes Micro-ondes pour l'Enseignement de
l'Astrophysique à l'Université Paris Sud 11) observant le ciel
à une fréquence de 10 GHz, soit 3 cm de longueur d'onde
(http://www.ias.u-psud.fr/dole/rameau/)
Responsable : Hervé Dole, herve.dole@ias.u-psud.fr
Plateforme Centrale de nanotechnologies.
Responsables : Elisabeth Dufour-Gergam, Guillaume Agnus, François
Maillard (IE)
Plateforme Electronique
Responsable : F. Samouth
Plateforme Energie : L’objectif de cette plateforme est d'offrir aux
étudiants une première approche concrète des problèmes
énergétiques (thermodynamique) et de leur montrer des dispositifs
pratiques proches de ce qu'ils rencontreront dans la vie courante et
professionnelle.
Responsables : Nicolas VERNIER, Donia BAKLOUTI , Georges
GAUTHIER, Guillaume KREBS, nicolas.vernier@u-psud.fr,

3. 3
donia.baklouti@u-psud.fr, georges.gauthier@u-psud.fr,
guillaume.krebs@u-psud.fr
Plateforme Matériaux
Responsable : P. Lecoeur
La Plateforme Matière Condensée et Matériaux
L’ objectif de cette plateforme est d’offrir un ensemble
d’équipements lourds pour l’étude de la matière condensée et des
matériaux : interactions RX-matière (4 salles équipées de générateur
RX), principes et usages de la RMN (1 salle avec des spectromètres
RMN), supraconductivité et magnétisme (1 salle).
Responsables : M. Zeghal et F. Bert, mehdi.zeghal@u-psud.fr,
fabrice.bert@u-psud.fr
La plateforme Mécanique - Matière Molle
Cette plateforme offre un ensemble d’expériences légères
permettant d’étudier les propriétés mécaniques macroscopiques
(hydrodynamique, élasticité, mécanique des interfaces… ) d’une large
variété de systèmes et de matériaux solides, liquides ou
viscoélastiques.
Responsable :Yann Bertho, yann.bertho@u-psud.fr
Responsable Matière Molle : Anniina Salonen, anniina.salonen@u-psud.
fr
La plateforme Microscopie Electronique
Responsable : Odile Stephan, Alberto Zobelli
La plateforme Microscopie de champ proche
Cette plateforme a été développée pour introduire auprès des
étudiants les techniques expérimentales de champs proches,
essentielles en nanosciences .
Responsable : Alexandre Dazzi, alexandre.dazzi@u-psud.fr
Plateforme Optique-Laser
Responsables : Séverine Boye-Peronne, Marion Jacquey
Plateforme Physique Nucléaire
L'objectif de cette plateforme est de proposer aux étudiants des
expériences de physique nucléaire qui donnent un aperçu de ce que
peut être le travail de recherche en physique nucléaire expérimentale.
Le matériel utilisé est celui qu'on trouve auprès des plateformes de
mesure actuelles (ALTO, GANIL, ISOLDE...). Plusieurs projets sont
proposés, ils ont pour but de mesurer différentes observables
fondamentales du noyau (spectre en énergie, spin, corrélation
angulaire, demi-vie,...). Les étudiants doivent créer le montage de
l'expérience, faire l'acquisition des mesures, analyser les résultats et
en présenter une synthèse sous forme de rapport. Ces projets (40h au
total) s'étalent sur 4 jours afin de laisser le temps aux étudiants de
maîtriser le principe expérimental, et de pouvoir étudier les
phénomènes considérés
Responsable : C. Gaulard, gaulard@csnsm.in2p3.fr

4. 4
La plateforme Physique Statistique
L’objectif de cette plateforme est de proposer des projets qui
donnent un aperçu de ce que peut être le travail d’un expérimentateur
en physique. Plusieurs projets sont proposés, abordant différents
domaines de la physique (supraconductivité, matière molle, résonance
para-électronique, fluctuations…). Les étudiants doivent développer
une interface, gérer l'acquisition des mesures, analyser les résultats et
en présenter une synthèse (écrite et orale). Ces projets (68h au total)
s’étalent sur plusieurs jours, afin de laisser le temps aux étudiants de
maîtriser le principe de l’expérience, et de pouvoir étudier les
phénomènes considérés.
Responsable : Frédéric Bouquet, frederic.bouquet@u-psud.fr
Site Web : http://hebergement.u-psud.
fr/projetsdephysiquestatistique
Plateforme Plasma:
Responsable : Catherine Krafft

5. 5

6. 6
PLATEFORME ASTRONOMIE
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
FILIERES UTILISATRICES
LA PLATEFORME EN IMAGES
La coupole d’Astrophysique
RAMEAU = Le « jardin » des 10 radiotélescopes

7. 7
PLATEFORME THERMIQUE-THERMODYNAMIQUE L3
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
L’objectif de cette plateforme est de faire découvrir aux
étudiants des dispositifs de thermodynamique concrets, de leur
apprendre à utiliser les instruments standards qu'ils rencontreront
dans leur vie professionnelle et de les sensibiliser aux différents
aspects de l’énergie
La liste des expériences proposées est la suivante:
 Moteur de Stirling, avec tracé en temps réel du cycle sur le
diagramme de Clapeyron et mesure du rendement
 Mesure de la pression de vapeur saturante de l'eau en fonction
de la température sur la gamme [60°C, 110°C]
 Pompe à chaleur, avec calcul de l'efficacité et tracé du cycle sur
diagramme de Mollier
 Turbine à vapeur.
 Echangeurs thermique
 Rayonnement du corps noir et diagnostic thermique à l'aide
d'une caméra thermique infrarouge
 Chauffage solaire
FILIERES UTILISATRICES
L3PAPP, L3TPE, L3PC
Total 2012-2013 : 60 étudiants pour 6530 hTP étudiants
Taux d’encadrement : 1 encadrant pour 4 binômes
LA PLATEFORME EN IMAGES

8. 8
Panneau Photovoltaïque
Chauffage solaire
Pompe à chaleur
Echangeur de Chaleur

9. 9
PLATEFORME MECANIQUE ET MATIERE MOLLE (PMMM)
OBJECTIFS ET DESCRIPTION :
Cette plateforme offre un ensemble d’expériences légères
permettant d’étudier les propriétés mécaniques macroscopiques d’une
large variété de systèmes et de matériaux. Les montages sont
actuellement situés dans le bâtiment 470 de la Faculté des
Sciences ou au FAST. La plupart seront déplacés dans le futur
bâtiment d’enseignement de physique.
Les dispositifs expérimentaux disponibles sont les
suivants :
 Hydrodynamique
 Mesure de débit - 1 poste SalleD214 (Bât470)
 Tube de Venturi - 1 poste SalleD214 (Bât470) :
variation de pression
 Impulsion d'un jet - 1 poste SalleD214 (Bât470) : force
exercée par un jet impactant différentes surfaces (plan,
hémisphère, ...)
 Déversoirs - 1 poste SalleD214 (Bât470)
 Visualisation d’écoulements
 Mesure de profils de vitesse (tube de Pitot)
sillage de cylindre
autour d’une aile d’avion, portance, trainée…
 Pertes de charge
 Milieux poreux - 1 poste SalleD223 (Bât470) : loi de
Darcy, loi de Dupuit (digue)
 Taylor-Couette - 1 poste FAST : seuil d’instabilité
 Viscosimètre - 1 poste SalleD223 (Bât470)
 Elasticité
 Ondes acoustiques- 1 poste SalleD214 (Bât470) :
propagation dans les liquides ou les solides
 Mesure acoustique de module d’ Young (e.g. aluminium,
plexi glass)
 Machine de traction- 1 poste SalleD214 (Bât470) :
Traction de matériaux solides, polymères et élastomères
 Déformation des poutres - 2 postes : flexion
 Frottement solide- 2 postes
 Effet Janssen -1 poste
 Elasticité et Plasticité : traction d’un fil de Cuivre
 Interfaces
 Mesure d’angle de contact statique et dynamique
(caméra CCD et traitement d’images)
 Mesure de tension superficielle (goutte pendante,
anneau de Nouy , loi de Tate)
En projet
 TP “en construction” (pas encore disponible) :
Dispositif de visualisation d’un écoulement fluide
autours d’obstacles (notion de lignes de courants,
turbulence, etc).
 Demande en cours : Soufflerie
 Elasticité de mousses solides
FILIERES UTILISATRICES
Les filières utilisatrices en 2013-2014 sont les licences :
L3 Physique et Application, L3 Mécanique, L3 PRO Techniques

10. 10
physiques de l’énergie et le M1 Physique Appliquée et
Mécanique.
Nombre total d’étudiants : 210 étudiants
Nombre total d’heures étudiants : 2700h en L3 et 800h en
M1
Taux d’encadrement :
ILLUSTRATIONS D’EXPERIENCES POSSIBLES
Mesure d’angle de contact avec différents traitements de
surfaces
Mesure de la tension superficielle d’un liquide par la méthode de
la goutte pendante (b) et montée capillaire (b)
0,00016
0,00008
0,00000
0,0 0,5 1,0
elongation [μm/m]
Force applied x Distance from the end
Machine de traction Mesure du coefficient de flexion de l’aluminium
Mesure de débit
Étude de différentes méthodes de mesure de débit en mécanique basées sur l'équation de Bernoulli: tube de Venturi, divergent, rotamètre (débitmètre à flotteur). Nous comparons les pertes différents appareils et en déduisons les coefficients de débit perte de charge associés.

11. Tube de Venturi
Étude d'un venturi permettant de mettre en application le théorème de Bernoulli
et d'effectuer des comparaisons directes entre les résultats expérimentaux
obtenus à l'aide de l'appareil et les prédictions théoriques.
Impulsion d'un jet
Étude de la réaction d'un jet permettant de mettre en évidence les forces
produites par un jet d'eau venant frapper un obstacle. Nous disposons de quatre
types d'obstacles : plaque plane, plaque plane inclinée de 30°, obstacle
hémisphérique, obstacle conique.
11
Déversoirs
Étude des déversoirs permettant de mesurer le débit d'eau à l'aide d'une variété
de barrages de différentes formes: 2 déversoirs en V, 1 déversoir rectangulaire, 1
déversoir trapézoïdal (Cipoletti), 1 déversoir linéaire charge/débit, 1 déversoir à
seuil épais.
Tube de Pitot
Mesure de perte de charge le long d'une conduite cylindrique et détermination du
profil des vitesses de Poiseuille au moyen d'un tube de Pitot.
Pertes de charge
Étude des pertes de charge dans une conduite simple composée de coudes et de
raccords en fonction du débit imposé. Nous disposons des conduites suivantes:
coude à 90°, coude à 90° avec petit rayon de courbure, coude à 90° à grand rayon
de courbure, élargissement, rétrécissement.
Milieux poreux
Étude de l'écoulement d'un fluide dans un matériau poreux constitué de billes de
verre afin de vérifier la loi de Darcy reliant la vitesse de l'écoulement dans le
poreux au gradient de pression appliqué. Étude du flux à travers une digue
poreuse (loi de Dupuit).
Mesure de viscosité
Mesure de la viscosité de différents fluides complexes à l'aide (Couette cylindrique) et étude de l'évolution de la viscosité cisaillement et la température.
Taylor-Couette
Caractérisation des instabilités primaire et secondaire dans un écoulement de Taylor-(écoulement d'un fluide dans l'inter-espace entre deux cylindres concentriques, en mouvement
de rotation relatif). Pour une vitesse de rotation critique, le fluide se structure spécialement étude du seuil d’apparition de l’instabilité et de la longueur d’onde.
Élasticité
Mise en évidence des domaines élastiques et plastiques dans la déformation des matériaux contrainte; étude d’une poutre en traction, en flexion et du comportement d’un fil de cuivre avant la rupture. Estimation des modules d’Young et coefficients de Poisson de matériaux.
Déformation des poutres
Étude de la déformation d'une poutre de section rectangulaire ou de section circulaire en torsion ou en traction et détermination du module de rigidité.
Ondes acoustiques
Étude de la propagation d'ondes dans les liquides et dans les solides,
avec la mise en évidence des ondes S et des ondes P ainsi que le calcul
de leurs vitesses de propagation respectives dans différents milieux
(eau, dural, plexiglass, etc.).
Frottement solide
Étude du frottement solide d’une plaque plan contre un plan (lisse ou rugueux). Mise en de l’influence de la surface de contact et de la force normale sur les coefficients de différents matériaux.

12. 12
Effet Janssen
Étude d’évolution de la pression dans un silo à grains (billes de verre) due à la formation de
voûtes. Étude de l’influence de la taille des billes et du diamètre du récipient.

13. 13
PLATEFORME MATIERE CONDENSEE ET MATERIAUX
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
L’objectif de cette plate-forme est d’offrir un ensemble
d’équipements lourds pour l’étude de la matière condensée et des
matériaux : interactions RX-matière et études structurales (4 salles
équipées de générateur RX), principes et usages de la RMN (avec une
salle équipée d’un spectromètre RMN 60 MHz), supraconductivité et
magnétisme (1 salle).
Les salles RX sont équipées de
 2 générateurs équipés chacun de 2 diffractomètres.
 2 générateurs pour l’analyse par fluorescence
 2 générateurs basse puissance
 1 lecteur numérique de type « image plate »
Les expériences possibles sont
o concernant les interactions rayons X–Matière : Spectre
d’émission, Fluorescence X, Diffusion élastique et
inélastique des RX, Production des RX
o concernant la RMN : notion de spin, précession de
Larmor, transitions quantiques, système à deux
niveaux, applications
o concernant l’analyse structurale : méthode des
poudres, méthode de Laue …
FILIERES UTILISATRICES
o Au niveau L3 : la spécialisation Physique et Applications, la
spécialisation Physique et Chimie
o Au niveau M1 : en physique fondamentale, l’option Structure
de la Matière, l’option Supraconductivité et Magnétisme ; en
chimie
o Polytech Paris-Sud : PeiP2 (tronc commun, Matériaux),
Matériaux 3 (structure), Matériaux 4 (structures, polymères)
Total 2012-2013 : 249 étudiants pour 2530hTP étudiants
Taux d’encadrement : 1 enseignant pour 4 binômes
LA PLATEFORME EN IMAGES
Un des montages RX Le nouveau spectromètre RMN
(projet)

14. 14
Méthode de Laue pour déterminer l’orientation de monocristaux :
Principe et exemple de cliché
Méthode des poudres pour déterminer une structure cristalline
Principe et spectre obtenu
Fluorescence X : principe et spectre
Spectroscopie RMN :
Exemple de modification des spectres lors de l’étirement d’un
élastomère
PLATEFORME MICROSCOPIE DE CHAMP PROCHE

15. 15
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
Cette plateforme a été développée pour introduire auprès
des étudiants les techniques expérimentales de champs proches,
essentielles en nanosciences. Avec 5 AFM (Atomic Force
Microscopy) et 4 STM (Scanning Tunneling Microscopy), elle
permet de visualiser des phénomènes de surfaces et des objets
déposés variés : HOPG (highly ordered pyrolytic graphite),
nanoparticules d’or déposées, disque dur, bactéries…
Microscope STM (marque
Nanosurf)
Microscope AFM (marque
Nanosurf)
FILIERES UTILISATRICES
Cette plateforme est utilisée par différentes filières dans les
modules relatifs aux Nanosciences (L3 chimie, M1 chimie, M1 PAM, M1
IST, M1 PFON, M1 Matériaux, Polytech Matériaux , M2 nano..). La
durée des séances est typiquement de 4h. Le taux d’encadrement est
d’un enseignant pour 4 étudiants
ILLUSTRATIONS D’EXPERIENCES POSSIBLES
Initiation STM et AFM : Les étudiants (2 par appareil) apprennent à
utiliser les microscopes sur des échantillons standard (2fois 4h), le but
étant qu’ils acquièrent des notions de bases pour être capables
d’imager ensuite d’autres échantillons ou de comprendre les images
obtenues par de tels procédés.
STM :
Apprendre à préparer les pointes STM. Faire une approche la surface
Réaliser une image (HOPG) à la résolution atomique visualisant les densités électroniques des atomes de Utiliser le mode spectroscopie de courant (I(V)) sur échantillons conducteurs
Ces analyses vont permettre aux étudiants comprendre les contraintes liées à la technique microscopie et les font réfléchir à ce que nous montrent images.
AFM :
En mode contact :
Etude de surface de CD, DVD, et HD-DVDpour en les caractéristiques des disques de stockage (d’onde de la diode laser, capacité de stockage, etc.).
Analyse d’une courbe de force, explication des forces en jeu dans le mode contact, mise en évidence des capillarités
Mode oscillant :
Etude d’une surface d’HOPG et détection d’un feuillet graphite.
Visualisation de nanoparticules d’or sur cette surface.
Etude de marches atomiques de silicium. Localisation nano-billes de polystyrène et démonstration

16. possibilité de déplacer ces billes avec la pointe AFM
16
AFM avancé : Ces TP permettent aux étudiants d’utiliser l’AFM avec
des modes d’analyses autres que la topographie. En effet, l’AFM est un
microscope extrêmement versatile qui peut se transformer en
détecteur particulièrement sensible. L’idée est de « fonctionnaliser » la
pointe de l’AFM pour que la mesure physique qu’on souhaite réalisée
soit traduite en variation de force (détection du magnétisme ou de
potentiel électrique ; etc.).
* MFM
(Magnetic
Force
Microscope
)
Imagerie
de piste de
disque dur
de 1 Go et
10 Go.
Analyse
des pistes
et des
données.
Relation
entre
contraste
des images
et moment
magnétiqu
e
Disque dur de 1 Go Imagerie magnétique l
par analyse de la
phase.
* AFMbio : Imagerie de
bactéries vivantes en milieu
liquide.
Apprendre à utiliser l’AFM
dans un environnement
complexe, le milieu liquide.
Illustration : Image de
filament de bactéries
(Streptomyces) en milieu
liquide
* SThM (Scanning
Thermal
Microscope)
Imagerie de
conductivité
thermique. Les
étudiants utilisent
un levier AFM
sophistiqué
incluant un
thermocouple. Ils
apprennent à
utiliser ce
détecteur fragile
et étudient
différents

17. 17
matériaux
composites
(verre, polymère)
pour mettre en
évidence les
contrastes
thermiques.
Illustration : Surface de fibre de verre (ronds)
enrobées dans de la résine époxy et image de
conductivité thermique correspondante (bleu
isolant).
*Nano-IR (AFM et
infrarouge, développé au
LCP)
 Réalisation d’un spectre
IR d’un film mince de
polystyrène avec l’AFM et
comparaison avec un
spectre obtenu par FTIR.
 Détection par
spectroscopie locale de
billes de polystyrène dans
un mélange polymère
d’époxy-PMMA-polystyrène.
 Imagerie chimique pour
localiser la distribution
des billes dans le mélange
polymère. Imagerie
d’inclusions lipidiques
dans des bactéries
(Streptomyces).
-1
a) c)
a) Image de filament de
bactéries Streptomyces en
topographie
b) Image d’absorption IR à
1740 cm-1 caractérisant la
présence de vésicules de
triacylglycérol (matière
grasse).
c) Spectres IR, en violet sur
une vésicule de graset en
vert sur un filament.
b)
* Imagerie de
phase (Mode
phase de l’AFM
oscillant)
Initiation à
l’imagerie de phase
et démonstration
de la complexité
des analyses. Lien
avec la réponse
mécanique de la
surface.
Illustration :
a) b)
a) Image de la surface d’un mélange polystyrène et PMMA.
b) Image de phase caractérisant le PMMA en jaune, le
polystyrène en orange et le substrat de silicium en noir
3400 3200 3000 2800 1800 1700 1600
250
200
150
100
50
0
NanoIR absorption
nombre d'onde cm

18. 18

19. - Effet Zeeman (6 postes)
- Effet Brossel (2 postes)
19
PLATEFORME ONDES-OPTIQUE ET LASER
PRESENTATION
La plateforme de travaux pratiques Ondes-Optique et Laser propose 9
manipulations variées pour étudier les propriétés physiques de la
lumière, et pour en illustrer de nombreuses applications.
Les montages proposés se divisent en trois catégories :
 Ondes
 Laser
 Physique atomique
Objectifs :
- Approche expérimentale d’un problème.
Méthodologie générale à la pratique de l’Optique :
réalisation d’un montage…
- Formation aux notions d’instrumentation
telles que les limitations d’un instruments,
l’aquisition d’image/de données, le traitement et
l’analyse des données, les incertitudes liées à une
mesure
- Le matériel et les manipulations proposés
sont modernes pour se rapprocher au mieux de
ce que les étudiants feront en stage/thèse.
- Laser à colorant (4 postes)
- Speckle (6 postes)
- Filtrage spatial (4 postes)
- Doublage de fréquence (4 postes)
- Polarisation (6 postes)
- Michelson (6 postes)
- Fabry-Pérot (6 postes)
Salle du TP Fabry Pérot

20. 20
Pour les TP mettant en oeuvre des sources laser (Doublage de
fréquences et Laser à colorant), une information d’une quinzaine de
minutes sur la sécurité laser leur est dispensée au préalable sous
forme audiovisuelle.
ONDES
TP polarisation
Les étudiants découvrent
expérimentalement les
notions de polarisation de la
lumière, les propriétés des
milieux anisotropes et des
lames à retard. Plusieurs
manipulations sont
proposées comme la
vérification de la loi de Malus, la mesure de l’angle de Brewster,
l’illustration du phénomène de biréfringence à travers quelques
exemples et l’observation d’un spectre cannelé.
TP Michelson
C’est un TP classique
d’illustration d’interférences
par division d’amplitude.
L’accent est mis sur une
approche empirique de la
localisation des franges /
anneaux d’interférences
obtenus avec un lampe
spectrale. Dans un deuxième
temps, l’interféromètre est
utilisé pour initier les étudiants à la spectroscopie par transformée de
Fourier. L’interféromètre est alors employé pour réaliser l’analyse
spectrale de sources de lumière. La position d’un des deux miroirs est
balayée à l’aide d’un moteur permettant ainsi l’acquisition d’un
interférogramme. Les signaux temporels de différentes
sources (lumière blanche, lumière blanche filtrée, puis doublet jaune
du mercure et raie verte du mercure) sont enregistrés.
TP Fabry-Pérot
Il s’agit d’utiliser un
interféromètre de Fabry-Pérot
pour mesurer très précisément
des fréquences. Deux
montages sont étudiés. Le
premier FP, à lames fixes, est
éclairé par une lampe
spectrale à Hg possédant ainsi
un large spectre d’émission. La
condition d’interférence
constructive varie alors en
fonction de l’angle d’incidence.
Le deuxième montage est
constitué d’un FP à épaisseur
variable éclairé par un laser
He-Ne. Dans ce cas il s’agit
d’étudier les facteurs expérimentaux limitant la précision de mesure
de fréquence et d’optimiser les réglages pour observer distinctement
les modes spectraux du laser.
LASER

21. 21
TP laser à colorant
Les étudiants construisent
une cavité laser de type
incidence rasante mettant
en oeuvre un réseau et
couplée à une cellule à
colorant pompée
optiquement par un laser
YAG pulsé (532 nm). Ils
caractérisent l’accordabilité
du rayonnement laser ainsi
généré et utilisent sa finesse spectrale dans une expérience de
résonance optique pour mesurer l’écart en longueur d’onde du doublet
jaune du sodium.
TP Speckle
Une approche à la fois
qualitative et quantitative
est mise en oeuvre pour
découvrir l’effet de speckle
dû à la cohérence de la
lumière laser. Il s’agit d’un
ensemble d’expériences
simples qui permettent
d'analyser les
contributions des phénomènes physiques à l'origine du speckle.
L’enjeu du TP est aussi de montrer comment il est possible d’avoir des
informations sur la source ainsi que le diffuseur malgré le caractère
aléatoire du speckle. A ces expériences est associé un aspect
traitement du signal.
TP Filtrage spatial
Ce TP illustre de façon spectaculaire plusieurs notions étudiées dans le
cours d'optique de M1 et relatives à la diffraction et au filtrage des
fréquences spatiales dans l’image d’un objet. Les étudiants réalisent
des montages de diffraction dans les conditions de Fraunhofer mettant
en oeuvre des objets modifiant l’amplitude (alternance de zones
opaques/transparentes) ou la phase (lame d’indice optique
périodiquement variable) d’une onde incidente. En agissant dans le
plan de Fourier, ils montrent qu’ils peuvent modifier l’image de ces
objets.
TP Doublage de fréquences
Les étudiants réalisent au
cours de cette séance une
belle expérience d'optique
non linéaire sur un montage
plutôt simple mettant en
oeuvre une diode laser IR
continue fonctionnant à 860
nm et un cristal anisotrope
de KNbO3 afin de générer
un rayonnement dans le
bleu (430 nm). Ils
caractérisent les propriétés de l’onde harmonique ainsi générée en
terme de polarisation et d’intensité par rapport aux caractéristiques
de l’onde fondamentale.
PHYSIQUE ATOMIQUE
TP Effet Zeeman

22. 22
Il s’agit de réaliser
une expérience
similaire à celle
réalisée par Zeeman
en plongeant l’atome
de Cadmium dans un
champ magnétique et
en observant le
déplacement des
niveaux d'énergie en
fonction de B.
L’objectif du TP est de
mesurer précisément
le magnéton de Bohr
et de tracer le
diagramme d’énergie
des plus bas niveaux
de l’atome de Cd.
L’interprétation de
ces mesures est une
illustration directe de
la théorie des
perturbations étudiée
dans le cours de
mécanique quantique.
Ce TP met en jeu 3
électro-aimant
volumineux ainsi que
3 lampes spectrales
refroidies à l’azote
liquide.
TP Effet Brossel
Les étudiants réalisent ici une belle expérience de physique atomique
très proche de celle faite par Jean Brossel. Par des photons ou des
champs (radiofréquence ou magnétiques), ils pilotent à volonté le
passage d'atomes d'un niveau atomique à un autre et ils caractérisent
ces transferts.
EVOLUTIONS/PROJETS
A l’occasion de la mise en place de la nouvelle maquette en 2015, ces
expériences seront proposées au niveau M1 Une réflexion sur le
contenu pédagogique de chaque expérience est en cours afin de
permettre une plus large exploitation des montages existants.
- Le TP Michelson va encore être modernisé et surtout étendu.
Un second montage optique de type interféromètre de
Michelson auquel on ajouterait un système d’imagerie afin de
réaliser un instrument d’imagerie par tomographie à
cohérence optique (OCT) est enisagé.
- Le TP polarisation est en cours d’évolution pour offrir plus de
possibilités de mesures quantitatives (loi de Malus, Brewster))
et une plus grande versatilité.
- Pour le TP Zeeman il est également prévu un système
d’imagerie adéquat pour une meilleure exploitation des
données expérimentales.
- Dans le TP Filtrage spatial il est envisagé de remplacer l’objet
de phase actuellement utilisé (réseau de phase engendré par la
propagation d’une onde acoustique ultra-sonore dans une cuve
contenant du cyclohexane) par un dispositif plus récent de
type SLM (Spatial Light Modulator).

23. 23
RESPONSABLES – EQUIPE ENSEIGNANTE- SOUTIEN
TECHNIQUE
La responsabilité de cette plateforme est assurée par
 Séverine Boyé-Péronne : severine.boye-peronne@u-psud.fr
pour les montages suivants : Laser à colorant- Filtrage spatial -
Doublage de fréquence - Effet Brossel
 Marion JACQUEY : marion.jacquey@u-psud.fr pour les
montages suivants : Polarisation - Fabry-Pérot – Michelson –
OCT – Speckle - Effet Zeeman
UTILISATEURS
Les expériences présentées précédemment ont été élaborées et
sont gérées par le Magistère de Physique d’Orsay. Néanmoins
l’ensemble des montages est ouvert aux autres formations de
l’université Paris Sud qui souhaitent en profiter.
Voici le recensement des utilisateurs avec les chiffres à la rentrée
2013 :
 L3 Physique Fondamentale Effectifs : 120 étudiants
8h par séance, 12 étudiants/séance
 M1 Physique Fondamentale Effectifs : 110 étudiants
8h par séance, 8 étudiants/séance
 L3 parcours double diplôme Effectif : ~40 étudiants Resp :
Hervé Bergeron
TP concernés : Polarisation, Fabry-Pérot, Speckle, Effet Zeeman
4h/séance (de 18h à 22h, compté double en eqTD)
 M1 Physique appliquée et mécanique (PAM) :
UE Systèmes optiques associés aux lasers Resp : S. Boyé-
Péronne 20 à 40 étudiants
TP Laser à colorant, TP Doublage de fréquence
8h par séance, 8 étudiants/séance
 L3 Physique Appliquée
UE méthode expérimentale Resp : Olivier Guilbaud Effectif : 80
étudiants
TP Polarisation, TP Michelson
4h /séance avec 8 étudiants /séance
 L3 Physique Chimie : Effectif : 30-40 étudiants Resp : N.
Vernier
TP polarisation
4 h/séance avec 12 étudiants/séance
 Polytech Resp : B. Viaris de Lesegno Effectifs : 30-40 étudiants
TP réseaux, TP Fabry Pérot
4h/séance

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PLATEFORME PHYSIQUE STATISTIQUE
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
L’objectif des projets est de faire découvrir aux étudiants les
différentes facettes de la conception et de l’exploitation des montages
expérimentaux comme ceux développés en laboratoire. Les étudiants
doivent développer une interface, gérer l'acquisition des mesures,
analyser les résultats et en présenter une synthèse (écrite et orale).
Ces projets s’étalent sur plusieurs jours, afin de laisser le temps aux
étudiants de maîtriser le principe de l’expérience, et de pouvoir
étudier les phénomènes considérés. Ils ont ainsi le temps de se
pencher sur le principe de la mesure et donc une certaine liberté dans
les méthodes à utiliser. Les projets se déroulent sur 10 jours. Les cinq
premières séances permettent de se former, le projet proprement dit a
lieu lors des séances S6 à S10. Les étudiants doivent aussi effectuer
une recherche bibliographique sur le sujet de leur projet pour
approfondir leur culture générale sur le sujet. La dernière séance est
réservée à l'oral.
La liste des projets proposés actuellement est la suivante:
 Aimantation : étude des propriétés magnétiques d’échantillons
de Fer et de Gadolinium en fonction de la température (77 à
350K)
 Corps noir : simulation d’un corps noir idéal par un four
(140°C<T<1500°C) ; mesure de l’émittance et détermination
du spectre en longueurs d’onde
 Émission thermoélectrique : Emission d’un courant d’électrons
par un corps chauffé à très haute température et les différents
régimes d’une diode à vide
 Jet turbulent : Etude spatiale et temporelle de la turbulence
d’un jet d’air à symétrie axiale.
 Matière molle : Comportement visco-élastique de fondus ou de
gels de polymère analysé grâce à un rhéomètre à bille
magnétique
 Résonance paramagnétique électronique : Mesure du
magnétisme de couches ultraminces par RPE
 Supraconductivité : Mesure de la variation de la résistance de
matériaux supraconducteurs à haute TC ( YBaCuO) en fonction
de la température (SQUID).
 Fluctuations fondamentales : Analyse des bruits électroniques
intrinsèques : bruit thermique et bruit de grenaille.
FILIERES UTILISATRICES
Ces projets nécessitent investissement horaire conséquent, et
une organisation groupée en fin d’année. Ils sont proposés
exclusivement aux étudiants de physique fondamentale (M1 jusqu’en
204 et L3 à partir de 2014). Une centaine d’étudiants sont ainsi
concernés. Ils sont répartis en binôme par groupe de TP de 10
étudiants.
Total 2012-2013 : 96 étudiants pour 6530 hTP étudiants
Taux d’encadrement : 1 encadrant pour 5 binômes
LA PLATEFORME EN IMAGES

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L’une des 2 salles de TP
12 postes par salle tous équipés
en Labview
De l'importance des réglages.
Acquisition contrôlée par
ordinateur
Il est parfois difficile de trouver un
endroit sans bruit électromagnétique.
Découverte de la matière molle :
rhéomètre à bille
Projet en cours

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PLATEFORME PLASMAS
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
FILIERES UTILISATRICES
LA PLATEFOREME EN IMAGES
Expérience permettant aux étudiants
de former et d'analyser des plasmas à partir de gaz rares
Expérience 'Hélicon'. A l'intérieur d'une enceinte sous
vide secondaire, les étudiants forment un plasma et le
confinent par un champ magnétique. La mesure
combinée à une simulation numérique conduit à
déterminer les paramètres physiques du plasma.

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