Année M2 (S3) TC1 Introduction à la Cosmologie et à l ... · Il s’agit d’un cours...

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Année M2 (S3)

TC1 Introduction à la Cosmologie et à l'Univers à grande échelle

Responsable de l’UE :

Simona MEI [email protected]

Volume horaire : 18h (CM ) ECTS : 0

Objectifs de l’Unité d’Enseignement :

Il s’agit d’un cours d’introduction commun aux deux parcours. Présentation générale et caractéristiques physiques de l'Univers et des grandes structures. Ce cours s’adresse tout particulièrement aux étudiants qui n’ont pas eu l’occasion de faire de l’astrophysique dans leurs cursus.

Thèmes abordés :

− Objets et échelles de l’univers observable − L’univers à l’équilibre : échelles caractéristiques − Univers à grande échelle et cosmologie − Les galaxies : formation, évolution dynamique et chimique

Pré-requis

Année M1

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Année M2 (S3) TC2 Structure et Evolution Stellaire /

Planètes et Etoiles


Guillaume PINEAU DES FORETS [email protected]



Il s’agit d’un cours d’introduction commun à l'ensemble des étudiants du parcours Astrophysique. Présentation générale et caractéristiques physiques des étoiles et des planètes et de leur évolution. Ce cours s’adresse tout particulièrement aux étudiants qui n’ont pas eu l’occasion de faire de l’astrophysique dans leurs cursus.

Thèmes abordés :

− Le milieu interstellaire, effondrement gravitationnel et formation stellaire − Le Soleil et l’évolution stellaire − La mort des étoiles et les objets compacts − Accrétion, disques et jets − Matière primitive et formation du système solaire − L’évolution de la Terre et des planètes − Exoplanètes, exobiologie

Pré-requis

Année M1

Autre(s) Intervenant(s) : Jean-Pierre BIBRING

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Année M2 (S3) TC3

Introduction à l'Astronomie

Responsables de l’UE :

Noël ROBICHON [email protected]



Il s’agit d’un cours d’introduction commun aux étudiants du parcours Dynamique des Systèmes Gravitationnels. Présentation générale et caractéristiques physiques et dynamique des planètes et des étoiles. Ce cours s’adresse tout particulièrement aux étudiants qui n’ont pas eu l’occasion de faire de l’astrophysique dans leurs cursus.

Thèmes abordés :

- techniques d'observation : astrométrie, photométrie, spectroscopie. - détermination des paramètres fondamentaux des étoiles : distance, masse, rayon, température, composition chimique... - présentation de la Galaxie - formation et évolution stellaire. Effondrement gravitationnel, séquence principale, stades évolués, stades finaux. - descritpion du système solaire - planètes extrasolaires : méthodes de détection, statistiques, modèles de formation.

Pré-requis

Année M1

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Année M2 (S3) FL1

Gravitation


Jérôme PEREZ [email protected]

Volume horaire : 30h (CM et TD) Nombre de crédits : 3 ECTS


Il s’agit d’un cours d’introduction à la théorie de la gravitation, de dynamique gravitationnelle et d'une introduction au problème des systèmes à N corps.

Thèmes abordés :

− Problèmes des 2 corps & perturbations (2 x 3 heures)

Le problème des 2 corps en astrophysique - Résolution - Equation de Kepler - Théorie des perturbations : variation des constantes -équations planétaires de Lagrange - Mouvements de la lune, satellite dans le champ de pesanteur terrestre, dipôle gravitationnel, points de Lagrange.

− Gravitation différentielle (1 x 3 heures) Effets de marée, résonances, problèmes de Roche, marées galactiques

− Gravitation statistique (1 x 3 heures) Notion de système autogravitant - Equations de Vlasov-Poisson - Théorèmes du Viriel

− Modélisation numérique des systèmes gravitationnels classiques. (1 x 3 heures) − Equilibre des systèmes autogravitants (2 x 3 heures) Temps caractéristiques - Systèmes sphériques - Déprojection - Couples potentiel-densité -fonctions de distribution d'équilibre - Orbites - Applications aux amas globulaires et aux galaxies.

− Thermodynamique gravitationnelle (1 x 3 heures) Relaxation violente - Sphère isotherme - Instabilité d'Antonov

− Stabilité des systèmes autogravitants (2 x 3 heures) Méthodes spectrales - Méthodes d'énergie - Instabilité de Jeans - Instabilité d'orbite radiale - Mécanismes fondamentaux.

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée vers la physique ou les mathématiques.

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Année M2 (S3)

FL2 Introduction aux systèmes dynamiques Hamiltoniens


Philippe ROBUTEL, Jacky CRESSON [email protected], [email protected],

Volume horaire : 30h (CM) Nombre de crédits : 3 ECTS


Il s’agit de développer les formalismes liés à la mécanique hamiltonienne et de faire une introduction à la théorie des perturbations et à ses différentes techniques. Les applications dans les domaines de la mécanique céleste et de la physique sont présentées. Ce cours correspond particulièrement au cursus « Dynamique des systèmes gravitationnels »

Thèmes abordés :

− Problème de Kepler − Introduction à la théorie des perturbations − Systèmes Hamiltoniens. Crochets de Poisson − Transformations canoniques − Variables actions angles. Réduction − Pendule simple et résonances − Introduction : problèmes perturbés, validité temporelle des solutions, variation de la constante et quasi intégrales premières − Séries de Lindstedt − Méthodes de Lie dans le cadre hamiltonien − Méthodes de Lindstedt-Poincaré

Pré-requis


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Année M2 (S3)

FL3 Processus électromagnétiques, transfert du rayonnement et interaction matière

rayonnement


Emmanuel DARTOIS, François LEVRIER [email protected] - [email protected]



Il s’agit d’introduire l’équation du transfert de rayonnement et ses solutions dans quelques cas simples et de décrire les principaux processus de rayonnement rencontrés dans les objets astrophysiques (rayonnement continu et formation de raies spectrales). L'UE abordera aussi les processus d'interaction matière rayonnement, la spectroscopie des atomes et des molécules et les processus physiques qui déterminent les niveaux énergétiques et les transitions observées. Le cours sera abondamment illustré par des exemples astrophysiques issus d’observations récentes obtenues au sol ou dans l’espace. Les TD seront intégrés aux séances de cours de manière à donner l’occasion aux étudiants d’appliquer les notions introduites.

Thèmes abordés (P. Boissé) :

- L’information portée par le rayonnement, - Notions de transfert de rayonnement, - L’équilibre thermodynamique, - Niveaux d’énergie électronique des atomes, structure fine et hyperfine - Niveaux d’énergie des molécules (vibration, rotation), - Raies spectrales, - Processus de rayonnement continu, - Exemples dans les domaines radio, X et gamma

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique.

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Année M2 (S3) FL4

Instruments, méthodes d’observation et haute résolution angulaire au sol et dans l'espace


Daniel ROUAN [email protected]



Il s’agit d’un cours d’introduction générale à l’instrumentation et aux méthodes utilisées pour l’observation en astrophysique en donnant un panorama des techniques dans les différents domaines de longueur d’onde au sol et dans l'espace. l'UE présentera aussi divers aspects de la haute résolution angulaire dans les domaines infrarouge, visible et radio.

Thèmes abordés :

Chacun correspond en principe à une séance

- 1 L’ensemble du spectre électromagnétique : sources et méthodes d’observation, grands observatoires au sol et dans l’espace, limitations imposées par l’atmosphère - 2 Photométrie : grandeurs, relations, magnitudes, biais et bruits (cas du CCD) - 3 Formation des images et optique de Fourier, haute résolution angulaire, haut contraste - 4 Optique atmosphérique, optique adaptative - 5 Cohérence spatiale et temporelle, interférométrie - 6 Travaux Dirigés / compléments en HRA - 7 Utiliser/pointer un télescope en pratique (sous coupole), coordonnées, outils - 8 Collecte des photons : rappel d’optique, télescopes, radio-télescopes, hautes énergies - 9 Détection des photons : cohérente, incohérente, hautes énergies - 10 Spectroscopie : principes, performances, spectro-imagerie, spectroscopie multi-objet, mesure de vitesses radiales

Pré-requis

Année M1 ou autre formation généraliste en physique

Autre(s) Intervenant(s) :

Gérard Rousset

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Année M2 (S3) FC1

Systèmes de référence et Astronomie Fondamentale


Sébastien LAMBERT et Jean-Eudes ARLOT [email protected], [email protected]

Volume horaire : 15h Nombre de crédits : 1,5 ECTS


Il s’agit d’un cours de présentation des systèmes de référence spatio-temporels (systèmes de référence célestes, échelles de temps) qui servent de base aux observations et aux représentations des mouvements en astronomie, ainsi que des divers systèmes de coordonnées astronomiques. Le cours développera ensuite les techniques de réduction des observations astrométriques de haute précision, ainsi que les principales techniques astrométriques d'observation. Ce cours correspond particulièrement au cursus « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés :

− Les systèmes de référence d'espace et de temps pour l'astronomie: définitions, propriétés, principales réalisations actuelles (le repère de référence céleste international ICRF, le catalogue d'Hipparcos), projets − Les principaux systèmes de coordonnées en Astronomie Fondamentale − Temps astronomique et temps atomique: Temps universel, Angle de rotation de la Terre, Temps sidéral, Temps atomique international, échelles de temps pour les théories dynamiques et les éphémérides − Réduction des observations astrométriques: bilan des effets à prendre en compte, parallaxe, aberration, précession-nutation, déflexion relativiste, réduction de haute précision, application aux observations au sol (VLBI) et dans l'espace (GAIA). − Illustrations de l'importance des systèmes de référence et de la réduction des observations pour les interprétations astronomiques et géophysiques − La réduction astrométrique des observations optiques par rattachement: utilisation des catalogues d'étoiles − Les images astronomiques à mesurer, le cas des objets non ponctuels, les lois de réflexion de la lumière sur les objets du système solaire à observer, l'influence des récepteurs utilisés − L’observation astrométrique sans mesure angulaire, les occultations et transits (application aux objets du système solaire et aux planètes extra solaires)

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée vers les mathématiques ou la physique. Mots clefs: astronomie fondamentale, systèmes de référence, temps, astrométrie optique, techniques astrométriques, observations de haute précision

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Année M2 (S3)

FC2 Géodésie terrestre et spatiale


Richard BIANCALE – LEMOINE J.M. [email protected]

Volume horaire : 15h (CM) Nombre de crédits : 1,5 ECTS


Il s’agit d’un cours d’introduction au positionnement et aux techniques de mesure en géodésie. Ce cours correspond particulièrement au cursus « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés :

− Introduction à la géodésie : objets et aspects historiques − Positionnement : systèmes de référence et coordonnées, géoïde, méthode de mesure − Dynamique spatiale − Une technique géodésique : l’altimétrie spatiale

Pré-requis


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Année M2 (S3) FC3

Introduction à la géométrie des systèmes hamiltoniens


Jacques FEJOZ [email protected]

Volume horaire : 15h (CM) Nombre de crédits : 1.5 ECTS


Ce cours présente les développements mathématiques nécessaires à la compréhension des résultats récents sur la stabilité ou l’instabilité des perturbations de systèmes Hamiltoniens. Il correspond particulièrement au parcours « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés : − Bases de géométrie générales − Formes différentielles − Géométrie symplectique − Systèmes intégrables et feuilletages lagrangiens − Perturbations de systèmes intégrables − Stabilité et instabilité. Théorème KAM, Nekhoroshev, diffusion d'Arnold

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique ou les mathématiques.

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Année M2 (S3)

FC4 Physique fondamentale, métrologie et physique des GNSS


Marie-Christine ANGONIN [email protected]



Ce cours présente un panorama des avancées théoriques et expérimentales de la physique fondamentale et de la gravitation expérimentale en insistant sur les applications dans le spatial qui leur sont liées.

Thèmes abordés : - Physique fondamentale : définition et domaines concernés ; métrologie - Atomes froids : principes, interférométrie atomique - Test de la relativité et gravitation expérimentale : théories et expériences - Horloges atomiques, Projet PHARAO/ACES, transfert de temps - Navigation spatiale, GNSS (Global Navigation Satellite System) : le système GPS, les systèmes Glonass et Galileo, positionnement, les systèmes de référence géodésiques

Pré-requis


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Année M2 (S3) FC5

Relativité Générale


Eric GOURGOULHON [email protected]



Ce cours est une introduction à la relativité générale qui privilégie une approche géométrique et met l'accent sur le champ gravitationnel des corps à symétrie sphérique, avec applications à la Terre (transfert de temps, GPS) et à l'astrophysique relativiste (étoiles à neutrons, trous noirs). Thèmes abordés : − Cadre géométrique: espace-temps, tenseur métrique, lignes d'univers, observateurs, principe d'équivalence et géodésiques − Champ gravitationnel à symétrie sphérique: métrique de Schwarzschild, géodésiques lumière radiales, effet Einstein, orbites des corps matériels, trajectoires des photons − Équation d'Einstein: dérivation covariante, tenseur de courbure, tenseur énergie-implusion, équation d'Einstein, solutions statiques et à symétrie sphérique − Trous noirs: singularité de coordonnées et singularité centrale, horizon des événements, effondrement gravitationnel, trous noirs en rotation, mouvement géodésique dans l'espace-temps de Kerr − Ondes gravitationnelles: linéarisation de l'équation d'Einstein, jauge de Lorenz et jauge TT, effets d'une onde gravitationnelle sur la matière, génération d'ondes gravitationnelles − Solutions cosmologiques:constante cosmologique, modèles homogènes et isotropes (solutions de Friedman-Robertson-Walker) Plus de détails sur la page web du cours: http://luth.obspm.fr/~luthier/gourgoulhon/fr/master/relat.html

Pré-requis Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique ou les mathématiques..

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Année M2 (S3) FC6

Plasmas astrophysiques


Philippe SAVOINI [email protected]



Il s’agit de présenter un panorama des plasmas rencontrés en astrophysique ainsi que les principaux concepts et outils permettant de décrire le comportement d’un ensemble de particules chargées. Ce cours met l’accent sur les notions physiques et ne s’appuie pas sur un formalisme lourd. Il ne présuppose pas que la physique des plasmas a déjà été abordée par l’étudiant.

Thèmes abordés :

− Les plasmas dans l’univers − Dynamique d’une particule chargée − Ensemble de particules : équilibre et structures − Equations d’état − Eléments d’hydrodynamique − Eléments de MHD et champs magnétiques en astrophysique − Aspects cinétiques − Ondes en plasma

Pré-requis


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Année M2 (S3) FC7

Magnétohydrodynamique astrophysique


Sébastien FROMANG [email protected]



Because of the extreme environmental conditions present in the universe as well as the unusual stability properties of even weakly magnetized gases, the topic « astrophysical gas dynamics » is a distinct branch of the theory of fluids. In this course, a survey of astrophysical fluid behavior, we examine the behavior of astrophysical fluids through the detailed study of both classic and modern examples. We will place particular emphasis on the consequences of the presence of magnetic fields in astrophysical gases.

Thèmes abordés :

1. Fundamentals : basic fluid equations, conserved quantities, magnetohydrodynamics, gravitation theory and tidal forces. 2. Static and rotating equilibria : virial theorem, external confinement of a barotropic fluid, isothermal spheres, constant density spheroids. 3. Waves : pressure modes, effects of stratification and rotation, transport of energy and angular momentum, shock transitions. 4. Instabilities : self-gravity (Jeans), stratification and shear (Rayleigh-Taylor & Kelvin-Helmholtz), rotation (Rayleigh), magnetic effects (magnetorotational). 5. Turbulence : Kolmogorov scaling, transport of energy and angular momentum, phenomenological models. 6. Accretion : Bondi flow, Shakura-Sunyaev disks, non-radiative accretion.

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique. En particulier, une initiation à l’hydrodynamique est utile.

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Année M2 (S3) FC8

Phénomènes non linéaires et astrophysique


Jacques LE BOURLOT [email protected]

Volume horaire : 15h Nombre de crédits : 1.5 ECTS


L’objectif de cette UE est de présenter des outils généraux permettant d'aborder l'étude des systèmes dynamiques astrophysiques. Le cours comprends deux parties :

* Les systèmes dynamiques de faible dimension, instabilités et chaos. * La turbulence dans les fluides astrophysiques."

Thèmes abordés :

La première partie introduit les outils nécessaires à l'étude des problèmes physiques pouvant se ramener à un systèmes d'équations différentielles. En particulier la notion d'espace de phase et ses caractéristiques sont utilisées pour dégager les comportements typiques que l'on peut rencontrer (oscillations, bifurcations, chaos). L'accent est mis sur la physique et aucun préalable mathématique n'est nécessaire. La deuxième partie présente quelques caractéristiques d'un écoulement turbulent en insistant sur les notions nécessaires à la modélisation des fluides astrophysiques. L'importance de l'intermittence est soulignée. Des notions préalable de mécanique des fluides sont utiles. Les polycopiés (avec le plan du cours) et des documents variés sont disponibles sur le site du cours à: http://aristote.obspm.fr/CT8/ct8.html

Pré-requis


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Année M2 (S3) FC9

Particules de haute énergie dans l’Univers


Fabien CASSE [email protected]



Cette UE est consacrée aux processus responsables de l’émission de particules de haute énergie dans l'Univers. Ce cours se concentrera sur les processus de rayonnement photonique non-thermiques (domaines UV, X et gamma) ainsi que sur les processus d'accélération des particules chargées susceptibles d’être à l’origine des rayons cosmiques et de leurs particules dérivées. Une partie du cours sera dévolue à des illustrations d'observations de sources astrophysiques dans lesquelles ces phénomènes se manifestent. Le cours sera en particulier illustré par les principaux résultats des observations ou missions spatiales dédiées aux photons, noyaux et neutrinos de haute énergie.

Thèmes abordés : − Rayonnements non-thermiques − Régimes de Thomson et Klein-Nishina − Rayonnement de freinage − Rayonnement synchrotron − Rayonnement de courbure − Effet Compton inverse et synchro-self-Compton − Effet Cherenkov − Création de paires − Accéleration de Fermi (1er et 2nd ordre): choc supersonique − Interaction des rayons cosmiques avec les milieux astrophysiques

Pré-requis


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Année M2 (S3) FC10

Traitement des données


Didier PELAT [email protected]



Il s’agit d’introduire les notions de théorie des probabilités et de statistique nécessaires à l’analyse d’échantillons de données et à l’estimation de paramètres à partir des mesures. Le cours sera abondamment illustré d’exemples. Quelques séances seront consacrées à des travaux encadrés associées au cours de manière à permettre aux étudiants d’appliquer les notions introduites et de les préparer à l’examen.

Thèmes abordés :

− Notion de probabilité et de variable aléatoire − Outils probabilistes : fonction de répartition, moyenne, écart type... − Processus de Poisson − Variables aléatoires normales − Régression et analyse en composantes principales − Loi et test du χ2 − Notion de convergence des variables aléatoires − Eléments de la théorie de la décision − Théorie de l’estimation de paramètres inconnus

Pré-requis


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Année M2 (S3)

Th1A Instrumentation spatiale de l'infrarouge aux hautes énergies


Stéphane CORBEL [email protected]


Objectifs de l’Unité d’Enseignement : L’objectif de cette UE est de décrire les différentes techniques de détection, d'imagerie et de spectroscopie dans les domaines infrarouge, visible, UV et des hautes énergies.

Thèmes abordés : − Observation du visible − Observation de l'infrarouge proche et lointain − Observation du sub-millimétrique − Observation de l'ultraviolet et de l'extrême ultraviolet − Observation des rayons gamma − Observation des rayons cosmiques − Observation des neutrinos − Observation des ondes gravitationnelles

Pré-requis


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Année M2 (S3) Th1B

Instrumentation spatiale : mesures in situ


Marcello FULCHIGNONI [email protected]


Objectifs de l’Unité d’Enseignement : L’objectif de cette UE est de décrire les différentes techniques de détection, d'imagerie et de spectroscopie in situ.

Thèmes abordés : - Un instrument dans l'espace comprend beaucoup de ressources de la sonde et des systèmes de support au sol (DSN, contrôle des opérations....) - Choix des trajectoires et des orbites, contraintes temporelles et stratégie d'observation - Instruments actives et Instruments passives - Instruments de "télédection" (opèré pendant les survols ou à, partir d'une orbite autour de la cible des mesures) - Instruments pour des mesures "in situ" (opéré a partir d'une sonde qui s'est pose a la surface de la cible de la mission) - Le stockage à bord, la compression et la transmission des données - Gestion a distance des instruments

Pré-requis


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Année M2 (S3) Th2 Instrumentation et Observation en Radioastronomie

Responsable de l’UE : Philippe ZARKA

[email protected] Volume horaire : 15h Nombre de crédits : 1,5 ECTS


L’objectif de cette UE est de décrire les divers aspects de la détection cohérente des signaux astronomiques dans le domaine radio.

Thèmes abordés :

Ce module est une introduction détaillée aux techniques et méthodes à l'oeuvre en radioastronomie, des très basses fréquences au (sub)millimétrique, au sol et dans l'espace. Il les place dans leur contexte historique, inclut une présentation de concepts physiques de base tels qu’onde, polarisation, plasmas, propagation, et discute brièvement des objets étudiés. Outre le bref plan du cours ci-dessus, une version récente du poly peut être consultée sur http://www.lesia.obspm.fr/perso/philippe-zarka/CoursPZ.html Nous vivons aujourd'hui un 2ème âge d'or de la radioastronomie au sol, avec la construction et l'exploitation d'instruments gigantesques dans tous les domaines de longueurs d'ondes radio, du millimétrique/ submillimétrique (ALMA) au métrique-décamétrique (LOFAR, UTR2...) en passant par le centimétrique-décimétrique (GMRT, projet SKA...). Ces instruments, et les nombreux développements qui les accompagnent (en particulier à Nançay) amèneront une moisson scientifique considérable dans la plupart des domaines de l'astrophysique. Dans le champ de la radioastronomie spatiale, la situation n'est pas moins dynamique, avec de nombreuses expériences de radioastronomie - surtout solaire et planétaire - en vol (Cassini, Stereo, JUNO...), en construction (BepiColombo, Solar Orbiter...) ou en projet (projets lunaires, interférométrie spatiale...). La communauté radio française est encore de taille assez réduite, notamment aux basses fréquences, mais elle n'aspire qu'à croître. Elle est bien soutenue par nos tutelles institutionnelles (programme "Radiotélescopes du Futur" à l'Observatoire de Paris, Actions Spécifiques "ALMA" et "SKA-LOFAR" du CNRS/INSU, etc.). De nombreuses thèses et post-docs en radioastronomie sont proposés en France et en Europe, mais aussi aux USA, en Australie... Le module Th2 constitue une possible voie d'accès à ces domaines. L'instrumentation en radioastronomie repose sur des formalismes mathématiques élégants et généraux (thermodynamique, équation de la mesure, goniopolarimétrie...) qui en font un domaine où la théorie de la mesure quantitative prévaut sur le "bidouillage" technique, même si ce dernier n'est pas absent. Loin d'être aride, ce module constitue une porte d'accès à de nombreux sujets astrophysiques. De ce fait, le sujet se prête bien à des TD, qui seront intégrés au cours et corrigés. L'examen sera sous la forme d'un écrit (petit problème) ou sur article, selon le nombre et le goût des étudiants inscrits.

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Année M2 (S3)

Th3 Astérosismologie et sondage des intérieurs stellaires


Benoît MOSSER [email protected]



L’objectif de cette UE est de décrire la structure interne des étoiles ainsi que les méthodes basées sur l’astérosismologie permettant d’accéder à cette structure. Ce cours est à associer à un autre cours thématique.

Thèmes abordés :

− Physique des intérieurs stellaires − Evolution des étoiles de petites masses et masses intermédiaires − Evolution des étoiles de grandes masses − Sismologie (ondes sonores/de gravité, oscillations globales, héliosismologie) − Observations sismiques (outils d’analyse, sismomètres, le projet COROT).

Pré-requis


Autre intervenant : Marie-Jo Goupil

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Année M2 (S3)

Th4 L'activité du Soleil et les relations Soleil-Terre


Karine BOCCHIALINI [email protected]



L’objectif de cette UE est d’étudier le système Soleil-Terre, depuis la génération et l’émergence du champ magnétique solaire à la surface de notre étoile, les éruptions et éjections de matière qui lui sont associées, jusqu’aux effets sur la magnétosphère et l’ionosphère terrestres. Dans ce cadre, les principaux processus physiques élémentaires appartenant au champ de la physique des plasmas seront exploités : turbulence hydro- et magnétohydrodynamique, reconnexion magnétique, mécanismes d’accélération de particules chargées. Des exemples d’observations spatiales illustreront ce cours.

Thèmes abordés :

- Le Soleil, source de rayonnement et de matière - Le champ magnétique solaire - Structuration de l’atmosphère solaire - Phénomènes éruptifs solaires - Processus de libération de l’énergie magnétique - Chauffage de la couronne solaire - Le vent solaire : Bilan d’énergie, modèle simple de Parker, Vent rapide,

Transport de l’énergie dans le vent solaire - Phénomènes transitoires dans l’héliosphère - Dynamique et électrodynamique globale de la magnétosphère et de l’ionosphère terrestres.

Pré-requis Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique. UE FC6 « Plasmas astrophysiques », UE FC7 « MHD astrophysique ».

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Année M2 (S3) Th5

Cosmologie et Univers Primordial


Jim BARTLETT [email protected]



Le but de ce cours est à la fois de définir le cadre conceptuel de la cosmologie (modèles d’Univers) et de décrire les observations (relatives en particulier aux galaxies et au fond de rayonnement cosmologique) qui permettent de contraindre ces modèles. Il présentera l’histoire thermique de l’Univers et la formation des grandes structures dans le cadre du modèle du Big-Bang.

Thèmes abordés :

- Contenu et propriétés de l'univers observable - Les bases de la cosmologie : + l'univers en expansion : la métrique FRW, le redshift, les distances + les équations de Friedmann + les paramètres de l'univers homogène - Histoire thermique de l'univers - L'inflation - Les structures et leur évolution + les propriétés des structures observées : des galaxies aux amas aux grandes structures + la matière noire : mesures de masse des objets + la description des structures : champs aléatoires, fonctions de corrélation, spectre de puissance + l'évolution des structures : fonction de transfert, vitesses + les paramètres de l'univers inhomogène + les observations et les contraintes : mesures du spectre de puissance, vitesses propres - Anisotropies du fond cosmologique + la description des anisotropies + la physique des anisotropies (température et polarisation) + les observations et contraintes - Lensing gravitationnel + les bases + le régime faible et le shear cosmique - Bilan des contraintes observationnelles : modèle standard - Energie noire + modèles + les techniques d'observation: amas, BAO, shear cosmique, SNIa, vitesses propres - Les futurs axes et grand projets

Pré-requis


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Année M2 (S3) Th6

Détection des planètes extra-solaires et formation des planètes

Responsables de l’UE:

Arnaud CASSAN [email protected]

Volume horaire : 15h (CM) Nombre de crédits : 1,5 ECTS


L'objectif de ce cours est de présenter les principaux mécanismes physiques qui président à la formation des systèmes planétaires, et de décrire les techniques observationnelles qui permettent de détecter ces planètes en dehors de notre Système solaire. Les propriétés statistiques des exoplanètes détectées seront alors abordées à la lumière des biais de détection et des processus dynamiques ayant cours lors de la formation planétaire. .

Thèmes abordés :

- Planètes extrasolaires, panorama des détections - Formation des disques protoplanétaires - Formation des planètes terrestres et des planètes géantes - Phénomènes de migration orbitale et évolution des systèmes planétaires - Techniques de détection et biais d'observation - Propriétés statistiques des populations planétaires

Pré-requis


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Année M2 (S3) TH7A

Physique des atmosphères planétaires


Thierry FOUCHET [email protected]



Cette UE est consacrée à l’étude des atmosphères planétaires. Elle présente les grands principes physiques, thermodynamique, transfert de rayonnement, dynamique atmosphérique et chimie, qui régissent la structure d'une atmosphère, et déterminent sa réponse, à court ou à long terme, aux paramètres externes tel que le flux solaire ou l'apport de matière. Le cours s’appuie largement sur les missions spatiales récentes qui ont permis d’observer en détail les planètes du système solaire.

Thèmes abordés :

− Présentations des atmosphères: caractéristiques globales et principes physiques − Moyens d’étude: la télédétection pour sonder les atmosphères planétaires − Structure thermique, dynamique des atmosphères − Chimie des atmosphères − Processus d'échappement et d'évolution − Exoplanètes

Pré-requis

Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique. Le cours s'appuie sur de nombreuses connaissances en

¬ Thermodynamique ¬ Mécanique des fluides ¬ Chimie ¬ Transfert de rayonnement

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Année M2 (S3)

Th7B Planètes, satellites et petits corps du système solaire


Sonia FORNASIER [email protected]


Objectifs de l’Unité d’Enseignement : Ce cours a pour objectif l'étude des planètes, satellites et petits corps du Système Solaire. Les propriétés physiques des différents objets du Système Solaire, en particulier de surfaces des objets (les atmosphères sont traitées dans un autre cours thématique) seront présentées et analysées. Le cours s’appuie largement sur les missions spatiales récentes qui ont permis d’observer en détail les planètes du système solaire. Les missions prévues dans un avenir proche sont également présentées. Ce cours est à associer à un autre cours thématique.

Thèmes abordés : • Caractéristiques d’ensemble du système solaire • Propriétés physique des différents corps du Système solaire :

- planètes telluriques - Astéroïdes et géocroiseurs, et liens avec les météorites - Objets Trans-neptunians (TNOs) et Centaurs, les petits corps du système solaire

externe - Comètes

- Planètes géantes et satellites • Les surfaces : processus de cratérisation et méthodes de datations relatives et

absolues • Description des principales méthodes de mesures (polarimétrie, photométrie,

spectroscopie, radiométrie, radar..) appliquées aux petits corps: comment contraindre leur propriétés physiques (composition, taille, forme, période de rotation, albédo, température, structure superficielle, âge de la surface, etc..)

• Résultats récents des missions spatiales Rosetta, Dawn, Epoxy, etc.

Pré-requis Année M1 ou autre formation orientée principalement vers la physique ou les mathématiques.

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Année M2 (S3)

Th8 Milieu interstellaire et Formation des étoiles


Laurent VERSTRAETE [email protected]



Ce cours présente une description des processus physiques et chimiques qui déterminent l’évolution de la matière interstellaire. Il aborde la dynamique du milieu interstellaire (en particulier l’effondrement qui aboutit à la formation des étoiles), telle qu’elle résulte de l’interaction gravitationnelle, des propriétés thermiques du gaz (processus de refroidissement et de chauffage) et des perturbations dynamiques (explosion de supernovae par exemple).

Thèmes abordés :

− Phases du milieu interstellaire − Les grains interstellaires. Couplage gaz-grains − La chimie interstellaire − Mécanismes de structuration. Equilibre et instabilité thermique. Turbulence − Stabilité du gaz interstellaire (masse de Jeans, instabilité thermique) − Diffusion ambipolaire, champ magnétique, effondrement d’une condensation de gaz − Taux de formation d’étoiles et fonction initiale de masse des étoiles

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Année M2 (S3) Th9

Objets compacts et phénomènes associés


Frédéric DAIGNE [email protected]



Ce cours présente les différents types objets compacts : comment ils se forment, quelle est leur structure interne, comment ils rayonnent lorsqu'ils sont isolés. Plusieurs phénomènes physiques associés aux objets compacts sont également discutés : (i) ceux qui sont liés aux mécanismes d'accrétion et d'éjection : rayonnement et phénomènes explosifs; (ii) ceux qui sont liés aux événements violents conduisant à leur formation (supernovae gravitationnelles en particulier).

Thèmes abordés : 1. La compacité 2. Naines blanches 3. Etoiles à neutrons et pulsars 4. Trous noirs 5. Supernovae gravitationnelles - Sursauts gamma 6. Accrétion et éjection par un objet compact 7. Phénomènes explosifs dans les systèmes compacts accrétants : novae, sursauts X, supernovae de type Ia 8. Coalescence d'un système binaire de deux objets compacts

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Année M2 (S3)

Th10 Accrétion et jets


Christophe SAUTY [email protected]



D’abord, les objets compacts et les noyaux actifs de galaxies sont décrits aussi bien du point de vue de la modélisation que de l’observation. Ensuite, les mécanismes d’accrétion et d’éjection liés à ces objets sont développés et comparer au mécanisme observé dans les étoiles jeunes.

Thèmes abordés :

− Etoiles jeunes et objets compacts dans leur environnement cosmique − Spécificité de l’observation des objets compacts et des étoiles jeunes − Noyaux actifs de galaxies et radiosources extragalactiques − Formation stellaire des objets de faible masse − Mécanismes d’accrétion, aspects dynamiques − Accrétion et rayonnement des noyaux actifs de galaxies − Cycle d’accrétion-éjection et comparaison aux étoiles jeunes − Physique des jets − Rayonnement des jets

Pré-requis


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Année M2 (S3)

Th11 Résonances dans le système solaire et dans le disque


Bruno SICARDY [email protected]



Ce cours décrit les phénomènes fondamentaux de résonances qui interviennent dans la dynamique des corps du système solaire et des disques. En particulier, sont développées les notions de résonances de moyen mouvement, de résonances spin-orbite et des résonances dans les anneaux et les galaxies. Il correspond particulièrement au parcours « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés :

− Notions de base sur les résonances dans le cadre linéaire − Les différentes fréquences du mouvement orbital et leurs connexions avec les résonances − Cinématique d’une résonance, interprétation physique, formalisme hamiltonien − Exemples de résonances de moyen mouvement dans le système solaire et paradigme pendulaire − Exemples de résonances spin-orbite et paradigme pendulaire − Notion de capture dans une résonance, invariance adiabatique − Dynamique des disques et ondes spirales résonantes − Résonances de Lindblad dans les disques et échange de moment cinétique avec le perturbateur

Pré-requis


Mots clefs: résonances, orbites, spin, anneaux, galaxies

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Année M2 (S3)

Th12 Dynamique du système solaire : mouvements réguliers, mouvements chaotiques

Responsable de l’UE : Gwenaël BOUÉ, Jacques LASKAR

[email protected], [email protected] Volume horaire : 15h Nombre de crédits : 1,5 ECTS


Le but de ce cours est à la fois de donner un aperçu des grands problèmes de la mécanique céleste classique (mouvement de périgée de la Lune, stabilité du système solaire, propriétés orbitales des systèmes extrasolaires), et une ouverture sur les développements les plus récents de la mécanique céleste, qui nécessitent une compréhension de la dynamique chaotique. Il correspond particulièrement au parcours “Dynamique des systèmes gravitationnels”.

Thèmes abordés :

− Problème des deux corps − Résonance spin-orbite − Théorie de la Lune. Développement de la perturbation en polynômes de Legendre − Théorie des planètes. Coefficients de Laplace. Mouvements séculaires − Précession. Mouvement chaotique des obliquités − Évolution à long terme des orbites planétaires − Théorie des paléoclimats − Intégrateurs symplectiques − Analyse en fréquence. Étude des mouvements chaotiques − Étude des collisions. Accrétion planétaire

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Année M2 (S3)

Th13 Dynamique orbitale


Gilles METRIS [email protected]



Ce cours présente la modélisation des forces qui perturbent le mouvement des satellites artificiels de la Terre et l'analyse des trajectoires des satellites artificiels. Il aborde également la dynamique des vols en formation. Il correspond particulièrement au cursus « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés :

− La dynamique orbitale : le potentiel gravitationnel terrestre et ses variation − L’analyse des trajectoires : méthodes analytiques, orbites particulières, méthodes numériques − Dynamique orbitale des vols en formation

PROGRAMME DU COURS : (1) La dynamique orbitale

le potentiel gravitationnel terrestre et ses variations l'attraction luni-solaire les marées terrestres (modélisation de Love) les marées océaniques (modélisation de Doodson) le frottement atmosphérique la pression de radiation (solaire et terrestre) le cadre relativiste

(2) L'analyse des trajectoires la méthode analytique de Kaula orbites héliosynchrones et géosynchrones amplitudes et périodes des perturbations orbitales utilisation des équations de Hill méthodes numériques (3) Dynamique orbitale des vols en formation

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Année M2 (S3)

Th14 Le champ de gravité


Isabelle PANET [email protected]



Ce cours introduit les principaux concepts de la géodésie physique et présente les méthodes de la géodésie physique terrestre. Il traite également des méthodes de détermination du champ gravité en géodésie spatiale. Il correspond particulièrement au parcours « Dynamique des systèmes gravitationnels ».

Thèmes abordés :

- Le champ de pesanteur terrestre et le géoide - Modélisation du champ à partir des mesures - Les méthodes spatiales de détermination du champ de gravité - Détermination locale haute résolution du champ de gravité et du géoide

mots clés : Champ de gravité, géoide, gravimétrie spatiale, fonctions harmoniques globales et locales, problème inverse.

Pré-requis


Autre intervenant : Jean Michel Lemoine

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Année M2 (S3)

Th15A Evolution des galaxies: observations et modélisation


David ELBAZ [email protected]



Ce cours présente les différents aspects de la physique et de l’évolution des galaxies au travers de la séquence de Hubble, puis s’intéresse aux plus grandes structures de l’Univers. Le thème est abordé d’un point de vue observationnel aussi bien que des modélisations.

Thèmes abordés :

− Présentation générale des galaxies : de la Voie Lactée aux galaxies proches et lointaines − Observations et lois statistiques − Formation et évolution des galaxies − Les galaxies et l'univers à grande échelle

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Année M2 (S3) Th15B

La Galaxie et son environnement

Responsables de l’UE par établissement co-habilité :

David KATZ [email protected]


Objectifs de l’Unité d’Enseignement : Ce cours est une introduction à l'étude de la Galaxie et de son environnement. Il se base sur les concepts classiques de dynamique (équations de Jeans, orbites, résonances), de cinématique (constantes de Oort, ellipsoïdes des vitesses, courant asymétrique), et d'évolution (taux de formation d'étoiles, fonction de masse initiale). On montre comment ces outils théoriques sont utilisés pour analyser et comprendre l'état dynamique, la structure, et l'évolution chimique de la Galaxie. Ces concepts sont illustrés par l'analyse de modèles d’évolution chimique et dynamique et de problèmes qu’on ne peut étudier que dans la Voie Lactée (Courants cinématiques, transitions entre populations, relations âge-cinématique, âge-chimie), et qui illustrent l’imbrication de l’évolution chimique et dynamique des galaxies. Une discussion des contraintes observationnelles dans chacun de ces domaines est également présentée, en mettant l'accent sur l'apport des relevés systématiques en photométrie, spectroscopie et astrométrie et sur l’analyse statistique de ces données. Les questions ouvertes par les découvertes récentes (ou à venir) sont abordées : courants d'étoiles, structures à grande échelle, barre, relation entre la Galaxie et les galaxies de son environnement. Ce cours donne la formation de base pour aborder l’étude de la Galaxie à partir de grands relevés photométriques, spectroscopiques et astrométriques, au sol ou dans l’espace, en vue ou existants (préparation scientifique de la mission GAIA, par exemple).

Thèmes abordés : Plan succinct du cours : - Introduction : Populations stellaires (description). - Évolutions galactiques (Galaxie et galaxies satellites) : IMF, SFH, diagramme HR. - Évolution chimique (Galaxie, LMC-SMC, galaxies naines) : modèles, contraintes observationnelles (problème des naines G, rapports d’abondance, etc). - Cinématique et évolution dynamique : rotation galactique, constantes de Oort, orbites, applications des équations de Jeans (courant asymétrique, Kz, matière noire, etc), modèles. - Structure à grande échelle de la Galaxie et de son environnement : courants d’étoiles, gauchissement, structure spirale, barre, interaction (effet de marée, résonances), modèles (synthèse des populations, dynamique, etc). Mots clés : Galaxie, Galaxies du Groupe Local, Populations stellaires, Structure, Evolution

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Année M2 (S3) TC1 Introduction à la Cosmologie et à l ... · Il s’agit d’un cours...

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