RESEAU DES DOYENS DES FACULTES DES SCIENCES
Filière Licence d’Etudes Fondamentales
Sciences de la Matière Physique
SMP 2014
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Adoptée par le réseau des doyens des Facultés des Sciences
à Marrakech, le 16 novembre 2013
Décembre 2013
DESCRIPTIF
DU PROGRAMME DES ENSEIGNEMENTS
FILIERE SCIENCES DE LA MATIERE :
PHYSIQUE-CHIMIE (SMPC)
LICENCE D’ETUDES FONDAMENTALES
Accréditation 2014
DESCRIPTIF
DU PROGRAMME DES ENSEIGNEMENTS
FILIERE SCIENCES DE LA MATIERE :
PHYSIQUE (SMP)
LICENCE D’ETUDES FONDAMENTALES
Accréditation 2014
Maquette de la Filière SMP
S1
SMPC
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M1
Mécanique du point
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M2
Thermodynamique 1
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M3
Atomistique
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M4 Thermochimie
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M5
Analyse 1
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M6
Algèbre 1
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M7
LT I
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S2
SMPC
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M8
Electrostatique et Electrocinétique
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M9
Optique géométrique
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M10
Liaisons chimiques
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M11
Chimie des solutions
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M12
Analyse 2
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M13
Algèbre 2
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M14
LT II
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S3
SMP
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M15
Mécanique du solide
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M16
Thermodynamique 2
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M17
Electromagnétisme dans le vide
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M18
Chimie organique générale
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M19
Analyse 3
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M20
Analyse numérique et algorithme
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S4
SMP
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M21
Electronique de base
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M22
Optique physique
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M23
Electricité 3
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M24
Mécanique quantique
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M25
Cristallographie géométrique et cristallochimie
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M26 Informatique
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S5
SMP
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M27
Electronique analogique
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M28
Mécanique analytique et vibrations
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M29
Physique nucléaire
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M30
Physique des matériaux
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M31
Physique quantique
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M32
Physique statistique
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S6
SMP
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M33
Module optionnel
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M34
Module optionnel
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M35
Module optionnel
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M36
Module optionnel
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M37
Projet tutoré
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M38
Projet tutoré
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MODULES DE PHYSIQUE : S1
Module 1 : Mécanique du point (Cours : 21H, TD :21H)
Rappels mathématiques (Opérations sur les vecteurs, Opérateurs différentiels.)
Systèmes de coordonnées (Cartésiennes, cylindriques et sphériques)
Cinématique du point matériel sans et avec changement de référentiel.
Dynamique du point matériel.
Travail, énergie, théorème de l’énergie cinétique.
Les forces centrales : application à la mécanique céleste.
Système de deux particules, les chocs.
Les oscillateurs harmoniques.
Module 2 : Thermodynamique 1 (Cours : 21H, TD :21H)
Outils mathématiques pour la thermodynamique.
Définitions et concepts de bases (travail et chaleurs, thermométrie et calorimétrie, changements d'état).
1er principe et applications.
2éme principe et applications.
Introduction aux cycles thermodynamiques et machines thermiques.
Potentiels thermodynamiques.
Module 3 : Atomistique (Cours : 21H, TD :21H)
Structures, numéro atomique, nombre de masse, isotope, masse atomique.
Modèle de Rutherford - Modèle de Bohr – Spectre atomique d'émission.
Equation de Schrödinger(Résolution) : nombres quantiques, Configuration électronique d'un atome : Principe de Pauli, Règles de Klechklowski et de Hund.
Tableau périodique des éléments chimiques : classification, périodes, groupes et familles, énergie d’ionisation, affinité électronique, électronégativité.
Constituants du noyau et radioactivité
Radioactivité naturelle
Radioactivité artificielle
Applications
Module 4: Thermochimie (Cours : 21H, TD :21H)
Définitions préliminaires : Description d’un système, Etat d’équilibre thermodynamique, Echange d’un système avec l’environnement, Echange thermique, Echange mécanique.
1er Principe de la thermodynamique : Enoncé du principe, Application aux transformations thermomécaniques.
Applications du 1er Principe : Système de constitution constante, Transformations physico-chimiques isothermes, Réactions chimiques non isothermes.
2ème Principe de la Thermodynamique : Fonction enthalpie et le 2ème Principe, Entropie, Energie libre, Enthalpie libre.
Équilibres chimiques.
Équilibres de phases.
Module 5 : Analyse 1 (Cours : 21H, TD :21H)
1- Suites réelles
Convergence, limites, suites arithmétiques, suites géométriques, suites monotones, suites
adjacentes, opérations sur les suites.
2- Fonctions numériques d’une variable réelle
Calcul des limites, continuité, théorème des valeurs intermédiaires.
3- Fonctions dérivables
Dérivée première, dérivées successives, sens de variation, Théorème de Rolle et théorème des accroissements finis
4- Fonctions convexes
Définition, fonction convexes dérivables, inégalité de convexité
5- Fonctions monotones
Définition, fonction réciproque, fonction réciproques des fonctions circulaires et des
fonctions hyperboliques
6- Fonctions équivalentes et développements limités
Formule de Taylor, polynômes d’interpolation et calcul approché
7- Courbes paramétré planes
Définition, tangentes, points réguliers, points stationnaires, branches infinies,
représentation en coordonnées polaires, exemples de courbes polaires.
Module 6 : Algèbre 1 (Cours : 21H, TD :21H)
Espace vectoriel euclidien
Famille libre, famille génératrice, base canonique, base orthonormée, changement de base, formes linéaires, automorphismes orthogonaux, symétries orthogonales
Espace affine de dimension finie
Repères, sous espaces affines, intersection de sous espaces affines, barycentres
Géométrie dans le plan R2
Coordonnées cartésiens, coordonnées polaires, équation d’une droite, équation d’un cercle, équation d’une ellipse
Géométrie dans l’espace R3
Coordonnées cartésiens, coordonnées cylindriques, coordonnées sphériques, équation d’une droite, équation d’un plan, équation d’une sphère
Applications affines dans le plan R2 et dans l’espace R3
Composition, isométrie, translations, homothéties, projections, symétries
Le corps C des nombres complexes
Opérations arithmétiques, conjugaison et module, exponentielle complexe, racine nième
de l’unité, similitudes complexes
Racines, dérivation, factorisation, formule de Taylor pour les polynômes, polynômes
irréductibles dans R et C,
Fractions rationnelles dans R et C
Pôles et zéros, décomposition en éléments simples
M7: Langue et Terminologie I
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Contenu en phase d’élaboration par la sous commission langue de la commission MT issue de la CPU.
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MODULES DE PHYSIQUE : S2
Module 8 : Electrostatique et Electrocinétique (Cours : 21H, TD :21H)
Partie 1 : Electrostatique
Chapitre I: Charges électriques -loi de Coulomb
Chapitre II : Champ électrostatique - potentiel électrostatique
Théorème de Gauss - Conducteurs électriques en équilibre – Phénomène d’influence- Etude des condensateurs - Energie électrostatique- Energie d’un conducteur- Energie de systèmes de conducteurs - Energie des condensateurs
Partie 2: Electrocinétique
Chapitre I: Courant électrique - densité de courant - conductivité, mobilité et résistivité d’un conducteur - loi d’Ohm microscopique - résistance électrique -Loi d’ohm - générateurs et récepteurs
Chapitre II: - Etude des réseaux électriques : loi de Pouillet - Lois de Kirchhoff- théorème de Thévenin - théorème de Norton - théorème de superposition - Transformation étoile triangle.
Module 9 : Optique géométrique (Cours : 21H, TD :21H)
Notions fondamentales de l’optique géométrique (postulats, indice d’un milieu, rayon lumineux, espace objet, espace image, principe de Fermat, lois de Snell-Descartes, stigmatisme, approximation de Gauss).
Miroirs et Dioptres (plans et sphériques, prisme).
Fibres optiques.
Systèmes centrés (éléments cardinaux, lentilles, …).
Associations des systèmes centrés.
Etudes de quelques instruments d'optique (lunette astronomique, télescope, loupe, microscope….).
Module 10 : Liaisons chimiques (Cours : 21H, TD :21H)
Liaison covalente
Lewis et règle de l’octet
Théorie des orbitales moléculaires (Approximation LCAO)
Molécule diatomique mono électronique H2+
Molécule diatomique di électronique H2
Molécule diatomique poly électronique de type A2 (avec et sans interaction s-p)
Molécule diatomique poly électronique de type AB
Molécule poly atomique AXn
Théorie de l’hybridation
Hybridations sp sp2 et sp3
Théorie de la répulsion des paires électroniques des couches de valence (V.S.E.P.R.)
Règle de GILLESPIE
Autres types d’hybridation
Liaison ionique
Rayon ionique (méthode de Pauling)
Théorie de la liaison ionique
Energie de la liaison ionique
Energie réticulaire d'un cristal ionique
Détermination expérimentale de l’énergie réticulaire par le cycle de BORN-HABER (Cycle thermochimique)
Liaison métallique
les structures métalliques
le modèle des charges positives dans un nuage d’électron
Liaisons intermoléculaires (liaisons physiques)
Liaisons de Van Der Waals
Force d’orientation (Keesom)
Force d’induction (Debye)
Force de dispersion (London)
Liaison hydrogène
Module 11 : Chimie des solutions (Cours : 21H, TD :21H)
I - LES REACTIONS ACIDO-BASIQUES
Equilibres acido-basiques en milieu aqueux :
Couples acide-base :- Acides et bases selon Bronsted - Effet nivelant ou différenciant d’un solvant
Relations quantitatives :
pH d’une solution aqueuse d’un acide (base) fort(e)- pH d’une solution aqueuse d’un acide (base) faible- pH d’une solution aqueuse d’un sel- pH d’une solution d’ampholyte- pH d’une solution tampon- pH d’un mélange de deux acides
II- LES REACTIONS DE COMPLEXATION
Généralités et définitions :- Complexe- Constante de Stabilité ou de formation- Constante de dissociation
Complexes Successifs : - Constantes de dissociation partielles et globales- Constantes de formation conditionnelles ou apparente
Domaine de prédominance
Prévision Qualitative des réactions - Cas d’un seul atome central (1 cation) et plusieurs ligands- Cas d’un ligand et de deux cations
III- LES REACTIONS DE PRECIPITATION
Définition- Exemples de calcul de Ks et de S.
Précipitation - Conditions thermodynamiques de précipitation - Composition d’une solution après précipitation - Effet de l’ion Commun- Effet d’un agent complexant- Effet du pH
IV- LES REACTIONS D’OXYDO-REDUCTION
Généralités - Définitions
Réactions électrochimiques
Conditions standard- Potentiel zéro
Les piles électrochimiques : Pile Daniell- Polarité des électrodes- Loi de faraday - Électrolyse
Prévision des Réactions d’Oxydoréduction
- Prévision quantitative : Relation entre la force électromotrice et la constante d’équilibre
- Prévision qualitative : Règle
Potentiel apparent : Potentiel d’oxydoréduction et pH- Potentiel d’oxydoréduction et réaction de précipitation- Potentiel d’oxydoréduction et réaction de complexassions.
Module 12: Analyse2 (Cours : 21H, TD :21H)
1- Les séries
Séries numériques, séries entières, série trigonométriques et série de Fourier, critères de
convergence, rayon de convergence.
2- Calcul intégral
Notion d’intégrale, calcul des primitives, intégration par partie, intégration par changement
de variables, intégration des fractions rationnelles, intégral dépendant d’un paramètre.
5- Intégrale généralisée
Intégrale généralisée, critères de convergence.
3- Equations différentielles
Equations différentielles linéaire du 1er ordre, équations différentielles du 2ème ordre
4- Elément de calcul différentiel
Fonctions à plusieurs variables, dérivées partielles du 1er ordre, dérivées partielles d’ordre
supérieur, fonction de classe C1, extremum, plan tangent à une surface dans R3
5- Intégrales doubles
Intégrale double d’une fonction continue bornée, propriétés de l’intégrale double, formules
de Fubini, changement de variables, extension aux intégrales triples.
6- Suites et séries de fonctions
Suites de fonctions, série de fonctions, critères de convergence, série entières, rayon de convergence, dérivation, intégration, fonctions analytiques.
Module 13 : Algèbre 2 (Cours : 21H, TD :21H)
1- Espaces vectoriels
Famille libre, famille génératrice, rang d’une famille de vecteurs, sous espaces engendrés,
somme de deux sous espaces, intersection de deux sous espaces,
2- Applications linéaires et endomorphismes
Applications linéaires, noyau d’une application linéaire, rang d’une application linéaire,
isomorphismes, formes linéaires et hyperplans, homothéties vectorielle, projections
vectorielle, symétries vectorielle.
3- Calcul matriciel
Matrice d’une application linéaire, somme, produit, transposition, rang d’une matrice,
matrices inversibles
4- Déterminants
Déterminant d’une base, déterminant d’un endomorphisme, formules de Cramer,
5- Changement de base
Matrice de passage
6- Diagonalisation et trigonalisation
Polynôme caractéristique, valeurs propres et vecteurs propres, diagonalisation et
trigonalisation
7- Application aux systèmes linéaires
M14: Langue et Terminologie I
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Contenu en phase d’élaboration par la sous commission langue de la commission MT issue de la CPU.
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MODULES DE PHYSIQUE : S3
Module 15: Mécanique du solide (SMP/SMA/SMI ) (Cours:18, TD:18; TP: 10)
Champs de vecteurs et torseurs
Cinématique du solide
Cinétique du solide
Liaison mécanique
Dynamique du solide
Théorèmes généraux
Travaux pratiques
Module 16 : Thermodynamique 2 (Cours: 18, TD:18; TP: 10)
Chapitre1: Principes de' la thermodynamique,
Chapitre 2: Système ouvert : Etude des Machines thermiques motrices et réceptrices (cycles théoriques : Carnot, Otto, Diesel, et Stirling, cycle frigorifique et Pompe à chaleur).
Chapitre 3: Fonctions thermodynamique, (Énergie libre, Enthalpie libre), Relations de Maxwell, Applications aux systèmes bivariants.
Chapitre 4: Changements d'états de première espèce, Isotherme d’Andrews, Equation du Viriel et de Van der Walss (relation de Clapeyron, formule du Dupré), Transition de phase de deuxième espèce, Relations d’Ehrenfest.
Chapitre 5 : Théorie cinétique des gaz.
Module 17 : Electromagnétisme dans le vide (Cours: 18, TD:18; TP: 10)
Magnétostatique : Champ d’induction, Propriétés de l’induction magnétiques, Loi de Laplace, Théorème d’Ampère, potentiel vecteur, loi de Biot et Savard, application (étude des symétries et calcul de l’induction magnétique, Effet Hall).
Courant alternatif : comportant des composants résistifs, capacitifs et inductifs-énergie des circuits.
Equations de Maxwell dans le vide : Induction magnétique, potentiels scalaire et vectoriel « en jauge de Lorentz ».
Ondes électromagnétiques dans le vide
Equations locales, Intégrales et relations de passage, énergie magnétique
Module 18 : Chimie organique générale (Cours : 21H, TD :21H)
Eléments de nomenclature : nomenclature des hydrocarbures, nomenclature des composés fonctionnels.
Isomérie constitutionnelle
Stéréo-isomérie :
Représentations conventionnelles ;
Stéréo-isomérie conformationnelle : chaîne ouverte, conformations des cycles
Stéréo-isomérie configurationnelle : chiralité, énantiomérie ; diastéréoisomérie
classification séquentielle de Cahn Ingold Prelog. Configurations absolues et configurations relatives.
Effet inductif
Effet Mésomère - résonance
Aromaticité
Généralités sur la réaction :
Les intermédiaires réactionnels: carbocations, carbanions, radicaux
Nucléophilie et électrophilie .
Module 19 : Analyse 3 ( SMP) (Cours 21; TD 21)
1-Fonctions holomorphes
Fonction complexes,
Fonctions holomorphes,
Condition de Cauchy-Riemann,
Intégrale de Cauchy, Formule de Cauchy,
Théorème des résidus,
Etude et représentation d’exemples de fonctions holomorphes.
2- Calcul vectoriel et intégral
3-Transformée de Fourier et Transformée de Laplace
4- Produit de convolution et distribution de Dirac
5- Equations différentielles particulières
Equation de la chaleur
Equation des ondes
Module 20: Analyse Numérique & Algorithmique (Cours : 21h TD/TP : 24h)
Analyse Numérique
1 Calculs numériques approchés.
2 Systèmes linéaires.
3 Zéros de fonctions non-linéaires.
4 Approximation polynômiale.
5 Intégration numérique.
6 Equations différentielles.
II. Algorithmique
Introduction à l'algorithmique
1. Les Variables :
A quoi servent les variables ?
Déclaration des variables
L'instruction d'affectation
Expressions et opérateurs
2. Lecture et Ecriture
3. Les Tests
4. Les Boucles
5. Les Tableaux
6. Fonctions Prédéfinies
7. Fichiers
8. Procédures et Fonctions
9. Notions Complémentaires :
Programmation structurée
Interprétation et compilation
La programmation récursive.
MODULES DE PHYSIQUE : S4
Module 21: Electronique de Base (Cours: 18, TD:18; TP: 10)
Eléments de physique des semi- conducteurs
Diodes et applications
Caractéristiques, linéarisation et schémas équivalents
Analyse de circuits à diodes
Diodes spéciales
Applications : limiteur, redresseur, élévateur de tension, stabilisation
Les transistors bipolaires et les transistors à effet de champ en régime statique et dynamique.
Structure et fonctionnement
Caractéristiques
Filtre passifs : diagramme de Bode de différents filtres
Circuits de polarisation
Travaux pratiques
Module 22: Optique physique (Cours: 18, TD:18; TP: 10)
Chapitre1:Généralités sur les ondes électromagnétiques (surface d’onde, longueur d’onde, onde progressive plane monochromatique,).
Chapitre 2: Interférences de deux ondes lumineuses (conditions d’interférences lumineuses, intensité résultante, interférences par division du front d’onde (trous d’Young, miroirs de Fresnel, bi-prisme de Fresnel, bi-lentilles de Billet), interférences par division d’amplitude (lame à faces parallèles, lame coin, dispositif de Newton)).
Chapitre 3: Systèmes interférentiels (interféromètre de Michelson, interféromètre Pérot Fabry...).
Chapitre 4:Diffraction par des fentes (principe de Huygens-Fresnel, diffraction par une ouverture rectangulaire, diffraction par une et deux fentes, diffraction par des réseaux en transmission et en réflexion.)
Chapitre 5: Polarisation de la lumière: les différents états de polarisation, les lames biréfringences, les lames quart d'onde et demi onde, effet d'une lame biréfringente sur une lumière polarisée.
Travaux pratiques
Module 23: Electricité 3 ( Cours:18; TD:18; TP:10)
Milieux diélectriques,
Milieux magnétiques
Propagation des ondes électromagnétiques dans les milieux non magnétiques
Energie électromagnétique :
Puissance fournie aux charges par le champ électromagnétique,
Loi de conservation de l'énergie,
Exemples, Energie d'un système de courants
Ondes électromagnétiques au voisinage d'un conducteur,
Réflexion métallique d'une onde électromagnétique,
Propagation guidée dans le câble coaxial et entre plans conducteurs, Guide d'onde
Module 24: Mécanique quantique 1 (Cours: 21; TD/TP:25)
Dualité Ondes corpuscules ; Corps noir ; Effets photoélectrique et Compton ; Principe d'indétermination d'Heisenberg ; Grandeur de mesure en mécanique quantique
Puits de potentiels et systèmes quantiques :
-Equation de Schrödinger ; Barrière de Potentiel ; Puits de Potentiel ;
-Espace des fonctions d'ondes d'une particule ; Espace des états. Notations de Dirac ; Représentation dans l’espace des états ; Equation aux valeurs propres, observables ; Ensemble Complet d'Observables Commutables
Les postulats de la mécanique quantique :
Introduction ; Enoncé des postulats ; Interprétation physique des postulats sur les observables et leur mesure ; Principe de superposition et prévisions physiques ; Oscillateur harmonique quantique à une dimension
Module 25 : Cristallographie et cristallochimie (Cours : 18H, TD : 18H, TP : 12H)
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