Programme Astrophysique

Le Master Astrophysique est organisé en quatre semestres qui constituent chacun une spécialisation progressive. Chaque semestre comporte 30 ECTS et doit être validé indépendamment (il n’y a pas de compensation inter semestrielle). Pour valider chaque année il faut donc valider séparément les 2 semestres et pour obtenir le diplôme il faut valider les 2 années.

En première année, commune avec le parcours CCP, l’étudiant se familiarise avec les bases de la physique fondamentale. Le Semestre 1 est en partie mutualisé avec les autres parcours, avec toutefois deux modules de spécialité : Astrophysique et Cosmologie. Il comporte également un module de Travaux Pratiques en Astrophysique Observationnelle qui se déroule dans les coupoles du bâtiment 13. Le semestre 2 est plus spécialisé avec notamment les cours de base en Astroparticules et en Physique des Particules. Un stage de fin d’année de 7 semaines en laboratoire permet aux étudiants de se familiariser avec les métiers de la recherche.

En deuxième année, les semestre 3 et 4 sont spécialisés, avec des modules d’approfondissement en Astrophysique. Il comporte aussi un stage d’Astrophysique Observationnelle de 5 jours (4 nuits) à l’Observatoire de Haute Provence.  Le stage de fin d’année se déroule dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger. Il dure 4 mois, il a pour but de mettre l’étudiant en situation de recherche et de le mener vers la thèse.

Semestre 1

  • Atomes, Molécules et Rayonnement (5 ECTS)

Responsable : Mauro ANTEZZA

Ce cours démarre par la description quantique des atomes et des molécules. Il continue par la description du magnétisme et de son lien étroit avec le moment cinétique. Il aborde ensuite les techniques de perturbation et l’interaction spin orbite. Dans une deuxième partie, ce cours traite de l’interaction rayonnement matière et des processus élémentaires d’interaction : émission spontanée, stimulée et absorption. Le problème du corps noir est abordée, de même que le modèle d’Einstein. Le cours termine sur les largeurs de raies, l’amplification optique et la physique du Laser.

Ce cours concerne les fondement de la physique moderne. Il fournit l’enseignement nécessaire à la compréhension des spectroscopies et des dispositifs optiques modernes. A ce titre il est obligatoire aux parcours à vocation recherche mais également aux parcours Pro et pluridisciplinaires.

  • Modélisation et Simulation en Physique (5 ECTS)

Responsable : David CASSAGNE

  • Introduction à l’étude des problèmes de physique sur ordinateur
    • Systèmes d’exploitation, langages, bibliothèques scientifiques.
    • Erreurs et approximations numériques.
    • Traitement des données expérimentales, techniques de visualisation.
  • Méthodes générales de résolution
  • Intégration numérique, équations différentielles,transformation de Fourier, nombres aléatoires, applications Monte Carlo, algèbre linéaire, notions d’optimisation.
  • Applications aux problèmes de physique
    • Introduction au calcul scientifique haute performance Parallélisation, Programmation orientée objet
  • Physique de la Matière Condensée 1 – Propriétés Structurales :  (5 ECTS)

Responsable : Jean-Roch HUNTZINGER

  • Structure cristalline, diffraction de Bragg, facteur de structure, extension aux systèmes désordonnés.
  • Dynamique vibrationnelle, phonons, de la chaîne linéaire au cristal 3D, courbes de dispersion, extension aux systèmes désordonnés.
  • Densité d’états vibrationnels, Chaleur spécifique, Conductivité thermique, « différences verre-cristal »
  • Physique Expérimentale (5 ECTS)

Responsable : Matthieu GEORGE

Ce module a pour but de permettre aux étudiants de confronter la réalité expérimentale à leurs connaissances théoriques. Le panel des expériences proposées couvre les domaines de la physique enseignée dans les parcours de Physique. L’étudiant doit choisir parmi ses différentes expériences celles qui lui semblent le plus proche de ses centres d’intérêts. Un effort important est fait pour intégrer les nouvelles technologies d’acquisition des données et l’utilisation des outils informatiques afin de comparer expérience et théorie. Une attention particulière est aussi portée sur la rédaction des résultats et leurs présentations sous forme de communication orale. Le travail s’organise en séance de huit heures pour laquelle un thème est choisi par les étudiants. Pour chacun des thèmes ils choisissent parmi plusieurs expériences possibles. Ils rédigent un compte rendu sur le travail réalisé. De plus, au cours du semestre ils doivent présenter oralement les résultats obtenus au cours de l’une des séances de manipulations. A l’issue du semestre, l’étudiant choisit une thématique, qu’il développe sous forme d’un rapport final et qu’il soutient oralement.

  • Astrophysique 1 (2,5 ECTS)

Responsable : Julien MORIN

Le module Astrophysique 1 a pour but de fournir les notions de base en astronomie et en astrophysique qui seront utiles dans tous les autres modules d’astrophysique du master CCP. Les parties
théoriques de physique stellaire (photosphères stellaires et structure stellaire) de ce cours sont conçues comme une première approche qui sera  approfondie en deuxième année dans le module Astrophysique .

Contenu du cours :

  • Objets astrophysiques et ordres de grandeur
  • Astrométrie
  • Le rayonnement électromagnétique en astrophysique et son étude
  • Mesures de distances astrophysiques
  • Photométrie
  • Propriétés observationnelles des étoiles
  • Photosphères stellaires
  • Structure stellaire
  • Cosmologie 1 (2,5 ECTS)

Responsable : David POLARSKI

Fondements théoriques de la cosmologie moderne (relativité générale, modèles d’univers de Friedmann-Lemaître). Tests observationnels qui conduisent aux contraintes des paramètres cosmologiques du modèle ΛCDM (distances diamètre apparent, distances luminosité, rayonnement de fond). Bases des modèles d’inflation et de quintessence.

  • Projet Astrophysique 1 (2,5 ECTS)

Responsable : Julien MORIN

Dans le cadre du Projet Astrophysique 1, les étudiants réalisent toutes les  étapes nécessaires à l’obtention d’un spectre stellaire exploitable  scientifiquement à l’aide du matériel disponible à l’observatoire astronomique  de la faculté des sciences. Ce module est conçu comme une préparation au  Projet Astrophysique 2.

Contenu du cours :

  • Applications principales de la spectroscopie en astrophysique
  • Spectrographes dans le domaine visible
  • Utilisation des détecteurs CCD en astronomie
  • Calibration des observations spectroscopiques

Étapes du projet à réaliser par les étudiants :

  • Préparation des observations
  • Acquisition des spectres et des images de calibration
  • Traitement et analyse des données avec un logiciel dédié
  • Rédaction d’un rapport
  • Anglais 1 (2,5 ECTS)

Responsable : Sonia GOUIRAND

Semestre 2

  • Dynamique des Fluides (5 ECTS)

Responsable : Miguel MANNA

Ce cours est centré sur les thèmes de la mécanique de fluides utiles aux futurs chercheurs en astrophysique. Théorie de chocs. Repères tournants et la dynamique des atmosphères planétaires. Expansion de Chandrasekhar-Milne. Instabilité de Jeans. Fragmentation. Instabilité de Kelvin-Helmholtz. Instabilité de Rayleigh-Taylor. Introduction à la Magnétohydrodynamique. Ondes de Alfvén.

  • Physique Quantique Avancée (5 ECTS)

Responsable : Yohann SCRIBANO

Oscillateur harmonique version opérateur (à la Dirac). États cohérents. Quantification du champ électromagnétique monomode. Effet Casimir. Mécanique quantique supersymétrique. Moments angulaires et cinétiques. Addition de moments. Coefficients de Clebch-Gordan. Schémas de Schrödinger, de Heisenberg et de Dirac. Propagateur et développement de Dyson. Intégrale de chemin. Effet Aharonov-Bohm. Perturbations stationnaires : méthode variationnelle ; méthode de Rayleigh-Schrödinger, cas non dégénéré et cas dégénéré. Perturbations dépendantes du temps. Oscillation à deux niveaux et formules de Rabbi. Règle d’or de Fermi. Taux de désintégration et largeur. Systèmes de particules identiques. Principe d’exclusion de Pauli : fermions et bosons. Systèmes de 2 et de 3 particules. Déterminant de Slater.

  • Physique Statistique (5 ECTS)

Responsable : Walter KOB

Ensemble grand-canonique. Statistiques quantiques. Fluides quantiques : condensation Bose-Einstein, rayonnement thermique, théorie de Sommerfeld. Transition de phases : paramètre d’ordre, ordre de la transition, théorie de champ moyen. Percolation. Croissance de surfaces.

  • Astroparticules Expériences 1 (2,5 ECTS)

Responsable : Eric NUSS

Accélérateurs de particules, caractéristiques générales des détecteurs. Introduction a la physique des astroparticules : accélérateurs cosmiques, rayons gamma.

  • Physique des Particules 1 (2,5 ECTS)

Responsable : Cyril HUGONIE

  • Particules et interactions : classification selon le spin, selon les interactions, types d’interactions, nombres quantiques.
  • Symétries et quarks : groupes et algèbres de Lie, modèle des quarks.
  • Le champ scalaire (spin 0) : électrodynamique scalaire.
  • Stage CCP (10 ECTS)

Responsable : Cyril HUGONIE

Stage de 7 semaines en laboratoire ayant pour but la mise en contact avec les métiers de la recherche en Astrophysique, Cosmologie et Physique des Particules. Ce stage peut être effectué dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger. Cependant, traditionnellement il se déroule dans l’une des deux UMR de l’Université Montpellier 2, le Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM, IN2P3) ou le Laboratoire Charles Coulomb (L2C, INP).

Semestre 3

  • Astrophysique Stellaire (6 ECTS)

Responsable : Eric JOSSELIN, Bertrand PLEZ

  • Transfert radiatif (équation, sources d’opacité, ETL/hors-ETL)
  • Atmosphères stellaires (structure, abondances, classification spectrale)
  • Structure interne et évoluAon stellaire (équilibre hydrostatique; écarts à l’équilibre : convection, sismologie, pulsations; nucléosynthèse)
  • Vents stellaires (vent solaire, vents radiatifs, vents hybrides des géantes rouges, supernovae)
  • Milieu Interstellaire (3 ECTS)

Responsable : Eric JOSSELIN, Yohann SCRIBANO

  • Processus fondamentaux en physique atomique et moléculaire pour l’astrophysique
  • Les différentes phases du MIS : ionisée, neutre, moléculaire, poussière
  • Application aux processus moléculaires du MIS (réactions ions-molécules, neutre-neutre, sur les grains) et à la formation de H2
  • Domaine radio
  • Rayonnement non-thermique
  • Equilibre refroidissement-chauffage
  • Chocs et turbulence
  • Projet Numérique Astrophysique (3 ECTS)

Responsable : Ana PALACIOS

Projet numérique étalé sur le semestre 3 à choisir parmi une liste de sujets liés aux spécialités du laboratoire. Tutorat par des chercheurs et enseignant-chercheur du laboratoire.

  • Formation des Étoiles et des Systèmes Planétaires (6 ECTS)

Responsable : J.F. Gonzalez (Université de Lyon)

Formation stellaire :

  • Nuages en équilibre et stabilité, masse et longueur de Jeans
  • Effondrement des cœurs denses, temps de chute libre
  • Proto-étoiles et évolution proto-stellaire
  • Impact des jeunes étoiles sur leur environnement : jets et flots moléculaires,
    disques, masers, régions HII
  • Fonction initiale de masse des étoiles et des clumps

Formation planétaire :

  • Contraintes du système solaire
  • Formation du disque
  • Structure et évolution du disque protoplanétaire
  • Dynamique et croissance des solides, des grains aux embryons
  • Formation des planètes telluriques et des planètes géantes
  • Migration planétaire
  • Formation des planètes extrasolaires / confrontation observations
  • Formation et Évolution des Galaxies (6 ECTS)

Responsable : J. Richard (Université de Lyon)

  • Prérequis de Cosmologie
  • Propriétés physiques des galaxies et de leur environnement

– formation stellaire
– populations stellaires non résolues (et lien avec évolution)
– dynamique des galaxies
– groupes et amas, grandes structures

  • Techniques observationnelles

– Grands relevés, biais observationnels, sondages de galaxies
– études des galaxies dans différents domaines spectraux (de l’UV-visible au domaine radio)
– propriétés spectroscopiques / techniques de spectroscopie (notamment spectroscopie résolue)

  • Cosmologie Observationnelle (3 ECTS)

Responsable : H. Courtois (Université de Lyon)

  • Cosmologie théorique : équations de Friedmann, paramètres cosmologiques, constante cosmologique, équations d’état, distances (comobile, luminosité, angulaire), règles et chandelles cosmologiques, histoire de l’expansion
  • Évolution chimique de l’Univers : origine de l’asymétrie matière/anti-matière, notions de leptogenèse, baryogenèse, nucléosynthèse primordiale
  • Fond Diffus Cosmologique : physique du plasma primordial, observables (spectre, fluctuations), spectre de puissance, polarisation, modes EE/EB/BB, problème de l’horizon, gaussianité et spectre des fluctuations primordiales
  • Évolution des structures : BAO, croissance des structures (régimes linéaire et nonlinéaire), effets Sunyaev-Zel’dovich, champs de densité et de vitesse, weak/strong lensing
  • Simulations numériques : techniques, limitations, conditions initiales, contraintes, processus de feedback, phénoménologie
  • Au delà du modèle de concordance: limites du modèle de concordance, neutrinos stériles & WDM, WIMPS (signatures directes et indirectes, gravitation modifiée, MOND, back-reaction, cordes et branes, les observables du futur (CNB, ondes gravitationnelles primordiales)
  • Instrumentation Astrophysique (3 ECTS)

Responsable : E. Thiébaut (Université de Lyon)

  • Optique pour les télescopes
  • Haute-résolution angulaire : optique adaptative, interférométrie
  • Spectroscopie : longue fente, multi-objets, à intégrale de champ

 

Semestre 4

 

  • Anglais 2 (2,5 ECTS)

Responsable : Sonia GOUIRAND

  • Atelier Astrophysique Observationnelle (3 ECTS)

Responsable : Julien MORIN, Bertrand PLEZ

  • Stage d’une semaine organisé à l’Observatoire de Haute-Provence (OHP). Les étudiants doivent mener à bien un projet d’astrophysique basé sur des données spectroscopiques et photométriques qu’ils obtiennent à l’Observatoire de Haute-Provence (OHP) lors d’un séjour de 4 nuits.
  • Compétences à acquérir : définir précisément les objectifs du projet choisi et les méthodes à mettre en œuvre, planifier et préparer les observations requises pour mener à bien le projet, mettre en œuvre le programme d’observation, calibrer les données brutes pour obtenir des données exploitables scientifiquement, proposer une modélisation et une interprétation astrophysique des données répondant aux buts fixés, rédiger un rapport scientifique.
  • Traitement des Images en Physique (3 ECTS)

Responsable : Frédéric GENIET, François MOLINO

Construit à partir de 5 thèmes de projets abordant les thématiques les plus courantes de traitement des images en physique, ainsi que les outils numériques utilisés :

  • Introduction à l’image numérique (thème astrophysique)
  • La couleur dans les images numériques (thème biophysique)
  • Filtrage linéaire et Fourier (thème optique, diffraction)
  • Reconnaissance d’objets et segmentation (thème phymed)
  • Compression et analyse avancée : Ondeleses, pyramide Laplacienne… (thème microscopie et nanophysique).
  • Stage de Recherche (21 ECTS)

Responsable : Bertrand PLEZ

Stage de 4 mois en laboratoire ayant pour but l’immersion dans le monde de la recherche et la préparation à la thèse. Ce stage peut être effectué dans un laboratoire de recherche en France ou à l’étranger.

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