PHY - Physique

Description générale du cours

Le cours commence par les fondements galiléens de la physique. On étudie le mouvement circulaire et l’oscillateur harmonique mécanique. On applique la dynamique newtonienne aux satellites (avec notamment les satellites géostationnaires et le système GPS et Galileo). On aborde ensuite les circuits électroniques avec les lois de Kirchhoff. pour les courants continus. On insiste sur l’oscillateur harmonique LC. On utilise alors les nombres complexes avec les courants alternatifs avant d’aborder les filtres de fréquence (du premier ordre). Après l’électronique analogique, on aborde l’électronique numérique (avec notamment les transistors et quelques portes logiques). En se basant sur l’oscillateur dans la théorie de Maxwell, on étudie la propagation des ondes électromagnétiques (ainsi que le spectre électromagnétique). La transformée de Fourier (spectre de fréquences) est utilisée dans la partie signal qui comprend essentiellement deux parties. Une première partie est consacrée au mode de production des signaux électroniques essentiellement analogiques et numériques. Une seconde partie développe le mode de transmission de signaux (notamment la formule logarithmique de Shannon). La relation probabiliste de Shannon reliant “entropie et information” est également appliquée à quelques systèmes informatiques.

Matières de base utilisées

Notions de base de physique du secondaire (humanités, technique ou professionnel): électricité, ondes et optique.

Objectifs

Le cours de physique pour informaticiens ne doit pas être limité à “l’électronique numérique” et à la “transformée de Fourier pour la transmission du signal” (problèmes d’ingénieurs). Le cours de physique doit aussi être un cours de culture générale technologique; A l’ère des télécommunications, il nous semble indispensable d’expliquer aux étudiants (par exemple) les principes physiques qui président au lancement de sattelites. Ou autre exemple: comment fonctionne le GPS? En conséquence on commence le cours de physique avec…. Galilée et Newton. Nous abordons aussi les questions limites (Einstein) de la physique la plus avant-gardiste comme la limitation de la vitesse à la vitesse de la lumière (30 cm/nanoseconde pour les systèmes informatiques). Et aussi avec R. Feynman, comment faire des transistors avec les atomes quantiques?

On entend souvent dire que l’information serait “immatérielle”. C’est évidemment faux. Le but du cours de physique est précisément de mettre en évidence le caractère éminement matériel des signaux producteurs et transmetteurs de l’INFORMATION (avec les électrons et aussi les ondes lumineuses, les photons). Le premier objectif est dès lors d’acquérir les notions de base de l’ électronique analogique et numérique (en symbiose avec le cours de structure des ordinateurs) utiles aux applications industrielles. Il s’agit ensuite de développer la théorie de l’information (Shannon) et de la transmission des signaux nécessaires à la compréhension des cours de réseaux (couche physique), cours d’électronique de deuxième année.

Plan du cours

Physique de l’information.

• Circuits Electroniques.
• Courants continus
• Lois des noeuds et mailles (Kirchhoff)
• Description des principaux composants des circuits (résistances, condensateurs, diodes, transistors).

• Physique des semi-conducteurs.

• la diode et le redressement

• les transistors

• le transistor bipolaire à jonction

• le transistor à effet de champ

• Electronique numérique (synergie avec les portes logiques du cours de structure)

• Courants alternatifs

• Les circuits RC, LR, LC, RLC
• Le filtre passe-haut
• Le filtre passe-bas

Signaux et transmissions.

• Introduction
• Modulation et ondes électromagnétiques
• Théorie de l’information
• Echantillonage
• Transmissions sans fil: optique et radio
• Signaux rectangulaires, séries de Fourier
• Notions de théorie de l’information.
• Supports de transmission: filaires et sans-fil optique et radio.
• Compléments (ADSL…)

Bibliographie

• Copernic “De revolutionibus Orbium Caelestum”, 1543.

• Galilée, “ le dialogue des deux systèmes du Monde, 1610.

• Newton “Principia Mathematica”, 1687.

• Einstein, “ De l’électrodynamique des corps en mouvement”, 1905.

• Feynman “Leçons sur l’informatique”, Odile Jacob, 2006, Paris.

• Shannon, “la théorie de l’information”.

• Toutes les références suivantes sont disponibles à la bibliothèque.

• Horowitz & Hill, Traité de l’électronique analogique et numérique, Publitronic Elektor (1996)
• Malvino, Principes d’électronique, Dunod (2002)
• Schommers, L’électronique, pas de panique (3 tomes), Publitronic Elektor (1994)
• Giancoli, Physique Génerale (tomes 2 et 3), DeBoeck Université (1993)
• Boylestad, Analyse de circuits, Editions du Renouveau Pédagogique (1985)