Plateformes Physique Orsay

1. 1
LES PLATEFORMES
EXPERIMENTALES
EN PHYSIQUE
L3-M1

2. 2
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 1970, 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/

3. 3
 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, nicolas.vernier@u-psud.fr,
Donia BAKLOUTI, donia.baklouti@u-psud.fr,
Georges GAUTHIER, georges.gauthier@u-psud.fr,
Guillaume KREBS, 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).

4. 4
Responsables :
M. Zeghal mehdi.zeghal@u-psud.fr
F. Bert, 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
Responsables : 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-Péronne,
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

5. 5
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
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
http://hebergement.u-psud.
fr/projetsdephysiquestatistique
Plateforme Plasma:
Responsable : Catherine Krafft

6. 6
PLATEFORME ASTRONOMIE
OBJECTIFS ET DESCRIPTION
FILIERES UTILISATRICES
LA PLATEFORME EN IMAGES
La coupole d’Astrophysique

7. 7
RAMEAU = Le « jardin » des 10
radiotélescopes
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
Turbine Vapeur
Echangeur de Chaleur

9. 9
Le moteur de Stirling, avec le frein de Prony
pour mesurer son rendement
Pression de vapeur saturante de l'eau obtenue,
avec test de la loi de Dupré

10. 10
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

11. 11
 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 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

12. 12
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)
Machine de traction
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

13. 13
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,

14. 14
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.
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

15. 15
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.

16. 16
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

17. 17
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)
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

18. 18
Fluorescence X : principe et spectre
Spectroscopie RMN :
Exemple de modification des spectres lors de
l’étirement d’un élastomère

19. 19
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…
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.

20. 20
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 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.

21. 21
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 à gauche et Imagerie
magnétique par analyse de phase à droite.
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.

22. 22
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
Nano-IR
(AFM et infrarouge)
 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.

23. 23
a)
b)
c)
* 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) Image de la surface d’un mélange
polystyrène PMMA.
b) Image de phase caractérisant le PMMA en
jaune, le polystyrène en orange et le substrat
de silicium en noir
a)
3400 3200 3000 2800 1800 1700 1600
250
200
150
100
50
0
NanoIR absorption
-1
nombre d'onde cm

24. 24
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 instrument, l’acquisition
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.
- 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

25. 25
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

26. 26
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
TP laser à colorant

27. 27
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.

28. 28
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
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.

29. 29
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

30. 30
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
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) :

31. 31
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

32. 32
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.

33. 33
 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
L’une des 2 salles de
TP
12 postes par salle
tous équipés en
Labview
De l'importance des
réglages.

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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 PLATEFORME 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.