Cours : 30 h - Travaux dirigés : 15 h - Travaux pratiques : 45 h

Objectifs

Ce cours est une introduction aux idées générales et aux méthodes de la physique statistique. On insistera particulièrement sur les concepts de base (entropie, température) et sur la pertinence des méthodes utilisées. On discutera certains exemples classiques (gaz parfait, paramagnétisme, élasticité des polymères), ainsi que la physique des transitions de phase et des phénomènes collectifs et les statistiques quantiques. On tentera de maintenir un (difficile) équilibre entre approche intuitive des phénomènes et calculs plus rigoureux.

Contenu

• Introduction et rappels de thermodynamique
  
• Probabilités et marches aléatoires
  
• Physique statistique d'un système isolé: ensemble "microcanonique"
  
• Physique statistique à température constante: énergie libre, ensemble canonique
  
• Physique statistique des sytèmes classiques sans interactions
  
• Gaz parfaits quantiques
  
• Transitions de phase, champ moyen
  
• Equation de Langevin, théorème de fluctuation-dissipation

Travaux pratiques

1. Emulsion
   Grâce à 4 expériences distinctes, ce thème illustre les phénomènes d’interface et de métastabilité d’émulsions élaborées pendant les séances de TP :
   
   
   • Diagramme de phase solide-gaz, tri par déplétion
     
   • Système métastable, drainage, coalescence, mûrissement d'Ostwald
     
   • Etude de l'adsorption d'un surfactant soluble à une interface liquide air
     
   • Mesure de l'activité chimique d'une solution d'eau salée
   
   
2. Modélisation : simulation et étude de la thermodynamique des sphères et des disques durs
   Les étudiants explorent par des simulations numériques en langage python quelques-unes des conséquences de l'hypothèse atomiste, en étudiant, pour un système de sphères dures, l'équation d'état des gaz et les transitions de phase, le mouvement brownien d'une macromolécule, et l'interaction de déplétion entre deux macromolécules.
   
   
3. Transitions de phase par Calorimétrie Différentielle à Balayage (DSC)
   
   
   • Approche par l’expérience de la Transition Vitreuse des polymères
     
   • Transition de phase en milieu confiné : fusion et cristallisation d’un liquide simple

Niveau requis : Une connaissance de la thermodynamique et des mathématiques de base sont requises pour ce cours.

Modalités d'évaluation : Cours : examen écrit ; TP : note de participation aux séances + note pour 1 compte-rendu écrit remis 15 jours après la fin du module de TP.

Dernière mise à jour : mercredi 6 septembre 2017