Plateformes Physique Orsay

1. 1
FACULTÉ
DES SCIENCES
D’ORSAY
LES PLATEFORMES
EXPERIMENTALES EN PHYSIQUE
L3-M1
(VERS ION 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.
2
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, donia.baklouti@u-psud.fr, georges.gauthier@u-psud.fr,
guillaume.krebs@u-psud.fr

2. 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
3
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
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
4

3. PLATEFORME ASTRONOMIE
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
FILIERES UTILISATRICES
LA PLATEFORME EN IMAGES
La coupole d’Astrophysique
RAMEAU = Le « jardin » des 10 radiotélescopes
5
6

4. 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
7
8

5. LA PLATEFORME EN IMAGES
9
Panneau Photovoltaïque
Chauffage solaire
Pompe à chaleur
Echangeur de Chaleur
Turbine Vapeur
2.5
2.0
1.5
1.0
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Modèle: loi de Dupré
P
235.7
A/R 4547.4
B/R -1.14
L=A-BT L = 2300J.g-1
0
60 70 80 90 100 110
10
Le moteur de Stirling, avec le frein de
Prony pour mesurer son rendement
0 25 50 75 100 125
Volume (cm3)
Cycle du moteur enregistré en temps réel
Dispositif utilisé permettant de se
placer dans la situation du corps pur
avec uniquement de l'eau liquide en
contact avec de la vapeur d'eau
Pression (bar)
(bar)
S
P
T (°C)
Courbe de pression de vapeur saturante de l'eau obtenue,
avec test de la loi de Dupré

6. 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,
11
12
etc).
Demande en cours : Soufflerie
Elasticité de mousses solides

7. FILIERES UTILISATRICES
Les filières utilisatrices en 2013-2014 sont les licences : L3 Physique et
Application, L3 Mécanique, L3 PRO Techniques 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
0,0 0,5 1,0
13
0,00000
elongation [μm/m]
Force applied x Distance from the end
Machine de traction Mesure du coefficient de flexion de l’aluminium
14
Mesure de débit
Étude de différentes méthodes de mesure de débit en mécanique des fluides
basées sur l'équation de Bernoulli: tube de Venturi, divergent, diaphragme, coude,
rotamètre (débitmètre à flotteur). Nous comparons les pertes de charges dues aux
différents appareils et en déduisons les coefficients de débit et coefficients de
perte de charge associés.
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.
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 d'un viscosimètre
(Couette cylindrique) et étude de l'évolution de la viscosité avec le taux de
cisaillement et la température.

8. Taylor-Couette
Caractérisation des instabilités primaire et secondaire dans un écoulement de Taylor-Couette
(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 sous
contrainte; étude d’une poutre en traction, en flexion et du comportement d’un fil de cuivre juste
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 flexion,
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 évidence
de l’influence de la surface de contact et de la force normale sur les coefficients de friction de
différents matériaux.
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.
15
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)
16

9. 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
17
PLATEFORME MICROSCOPIE DE CHAMP PROCHE
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…
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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 sur
la surface
Réaliser une image (HOPG) à la résolution atomique en
visualisant les densités électroniques des atomes de carbones
Utiliser le mode spectroscopie de courant (I(V)) sur différents
échantillons conducteurs
Ces analyses vont permettre aux étudiants de mieux
comprendre les contraintes liées à la technique de
microscopie et les font réfléchir à ce que nous montrent les

10. 19
images.
AFM :
En mode contact :
Etude de surface de CD, DVD, et HD-DVDpour en mesurer
les caractéristiques des disques de stockage (longueur
d’onde de la diode laser, capacité de stockage, etc.).
Analyse d’une courbe de force, explication des forces mises
en jeu dans le mode contact, mise en évidence des forces de
capillarités
Mode oscillant :
Etude d’une surface d’HOPG et détection d’un feuillet de
graphite.
Visualisation de nanoparticules d’or sur cette surface.
Etude de marches atomiques de silicium. Localisation de
nano-billes de polystyrène et démonstration de la
possibilité de déplacer ces billes avec la pointe AFM
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 magnétique
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 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).
20
*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).
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.
250
200
150
100
50
a) c)
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
0
NanoIR absorption
nombre d'onde cm-1

11. 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
21
22
- Effet Zeeman (6 postes)
- Effet Brossel (2 postes)
- 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

12. 23
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.
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
24
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.

13. PHYSIQUE ATOMIQUE
25
TP Effet Zeeman
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).
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
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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

14. 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°CT1500°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
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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

15. 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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