Programme de la Première Année 

 * Les programmes détaillés se trouvent en appendice en bas de cette page.

  Intervenants dans les Séminaires de Spécialisation
(Deuxième semestre et 2ième année)

 Intervenants dans les Cours
(Premier semestre)

 Programmes Détaillés

En plus des modules d’Anglais et de Psychopédagogie, le Magister de l'Ecole Doctorale d'Astrophysique se compose des modules suivants : 

• - Astronomie et astrophysique de base
  - Interaction rayonnement –matière
  - Particules et interactions fondamentales
  - TP de Mesures et d’instrumentation astronomiques
  - Traitement du signal et de l’Image
  - Physique des Gaz et des Plasmas
  - Méthodes mathématiques pour l’astrophysique
  - Programmation C/C++ et Linux
  

ASTRONOMIE ET ASTROPHYSIQUE DE BASE

 I - Astronomie Fondamentale
Astronomie de position – Trigonométrie sphérique – Principes d'astrométrie – Le Temps et les Calendriers -  Les éphémérides islamiques -  Mouvements orbitaux…

 II- Concepts de Base de l'Astrophysique
L'échelle des distances cosmiques – Spectroscopie – Processus e.m. dans l'Univers – Matière interstellaire – Introduction à la physique des plasmas

 III – Astrophysique Stellaire
Les équations d'équilibre stellaire – Diagramme HR – Transferts convectifs et radiatifs – Nucléosynthèse stellaire –

 V – Astrophysique Galactique et Extragalactique
– Formation et évolution des galaxies – Théorème de Jeans - Galaxies à noyaux actif et quasars – Effet de lentille gravitationnelles et "weak lensing effect" – Matière sombre et énergie sombre.

 Traitements du Signal et de l’Image

1.      Introduction

2.      Les signaux déterministes

3.      Fonctions de corrélation et densités spectrales des signaux déterministes

4.      Etude des filtres en représentation temporelle

5.      Analyse fréquentielle des filtres

6.      Numérisation des signaux Echantillonnage – Quantification

7.      Introduction au traitement numérique du signal

8.      Fonctions aléatoires : généralités

9.      Fonctions aléatoires stationnaires : ergodisme

10.  Analyse spectrale et filtrage des signaux aléatoires

11.  Introduction aux Processus stochastiques

12.  Estimation de quelques grandeurs caractéristiques des signaux

13.  Inégalité de Schwarz

14.  Détermination de la variance des estimateurs de la DSP

15.  Introduction aux problèmes inverses

16.  Introduction a l’analyse temps-fréquences

17.  Introduction aux techniques paramétriques de l’estimation spectrale.

18.  Traitement d’images.

Les travaux pratiques seront réalisés sur le Logiciel MATLAB, et les étudiants pourront travailler sur des données réelles en photométrie, hélioseimologie, images solaires…

  Particules et interactions fondamentales

 I- Particules élémentaires et théorie des quarks

II- Interactions électromagnétiques des leptons et des hadrons

     - QED à la Feynmann

III- Interactions faibles

- Interaction faible dans le noyau et théorie de Fermi

- Théorie V-A et violation CP

IV- Théories de jauge et mécanisme de Higgs

V- Le modèle standard et applications

 Interaction Rayonnement-Matière

 1- Classification des différents types de rayonnement
Différents types de collision et de diffusion, excitation et ionisation des atomes

 2 - Interaction des rayonnements gamma et X avec  la matière
Loi d’atténuation, effet photoélectrique, effet Compton, effet de création de  paires, coefficient d’atténuation.

 3- Interaction des particules chargées avec la matière
Mécanismes de perte d’énergie, perte d’énergie et parcours, formule de Bloch-Bethe et ses applications, effet Cerenkov, rayonnement de freinage pour les électrons, fluctuations d’énergie et fluctuations de parcours,  détermination expérimentale de parcours.

Physique des Plasmas

•  Propriétés générales des plasmas
•  Mouvement d’une particule chargée dans un champ électromagnétique
• Théorie fluide des plasmas et théorie cinétique
• Ondes et oscillations dans les plasmas
• Solutions approximatives des équations cinétiques
• Rayonnement dans les plasmas
• Notions de M.H.D
• Effets non linéaires et instabilités

 Méthodes Mathématiques pour l’Astrophysique

 A-  Méthodes

- Fonction spéciales
- Calcul variationel
- Equations aux dérivé partielles
- Equations intégrales
- Nombres aléatoires et techniques Monte-Carlo
- Résolution numérique des équations différentielles ordinaires
- Stabilité et choix des méthodes.

 B- Logiciels

 Initiation à l’utilisation des logiciels de calcul : Mathematica, Matlab, Maple

 Programmation C /C++

 Introduction à la programmation en C/C++ :
Structure d'un programme, types de données, variables, opérateurs, instructions de contrôle d'exécution, fonction : passage par valeur et passage par référence, surcharge d'une fonction, tableaux, pointeurs, allocation dynamique de mémoire, chaîne de caractères, structure.
- Programmation orientée objet en C++ :
- Classes : attributs et méthodes, constructeur, surcharge d'un constructeur, constructeur par copie, destructeur, surcharge d'opérateurs (+, *, -, /, +=, -=, *=, /=, =, [],....), fonctions amies.
- Fichiers en C++ : fichiers textes, fichiers binaires.
- Classes dérivées : héritage, classe avec fonctions virtuelles, polymorphisme, classes
abstraites.
- Les templates : fonctions template, les classes template, fonctions membres template,
instanciation implicite, instanciation explicite.

DEUXIEME SEMESTRE

• - Astrophysique des Particules
  - Les rayons cosmiques
  - Astrophysique nucléaire
  - Astrophysiques X et Gamma
  - Mécanique Céleste et Géodésie
  - Relativité générale et Cosmologie
  - Cosmologie observationnelle
  - Astrophysique des Plasmas :
  . Physique Solaire
  . Plasmas de l’espace
  - Physique des Magnétosphères de la Terre et des Planètes Géantes
  - Séminaires

Astrophysique des Particules

1- Les Neutrinos

- La physique des neutrinos.
  - Génération de masse, production et détection
  - Les oscillations des neutrinos. solaires atmosphériques 
  - Neutrinos auprès d'accélérateurs et réacteurs.

- Les neutrinos astrophysiques et cosmologiques
   - Neutrinos des SNe
   - Neutrinos du CMB

2- La matière sombre (DM)
- Evidence observationnelle 
- La recherche directe de la DM et théorie MOND.
 - Axions et neutralinos

 Les Rayons Cosmiques

 Introduction
- Rayonnement cosmique galactique;
- Origine du rayonnement cosmique; Interactions rayonnement-matière;
- Gerbes cosmiques et grandes gerbes de l'air;
- Effets géomagnétiques;
- Principales expériences en cours.
 - les accélérateurs cosmiques ;
 - les nouvelles expériences embarquées et terrestres.

Astrophysique Nucléaire

 1-Introduction

2-Abondance des éléments et abondance isotopique

3- Réactions de fusion entre particules chargées
     - Caractéristiques générales des réactions de fusion
     - Combustion de l’hydrogène : chaînes PP-I, PP-II, PP-III, cycle CNO
     - Combustion de l’hélium, du carbone, et de l’oxygène
     - Photodésintégration: réactions d’équilibre du Si et Fe.

4- Réaction explosives dans les supernovae
- Représentation schématique de l’événement explosif
- Les principales chaînes de réactions et leurs résultats      
- Effet de la composition initiale- étoiles de population I et de population II
     - Les supernovae

5- Réactions d’absorption de neutrons : synthèse des éléments lourds      
- Les différents mécanismes d’absorption de neutrons
       - Caractéristiques des réactions d’absorption de neutrons         
- Les processus “ s ”, “ r ” et “ p ”

6- Réactions à haute énergie : Création du Li, Be, B
       - Caractéristiques des réactions de spallation
       - Caractéristiques des abondances des éléments légers
       - Le rayonnement cosmique galactique agent de formation des  éléments légers

7- Sections efficaces et taux de réaction en astrophysique nucléaire       
- Sections efficaces
- Le modèle de potentiel
- La méthode de la matrice R
- Méthodes indirectes
8 - Evolution stellaire
- Modélisation des intérieurs stellaires 
- Le modèle Stellaire Standard
- Pulsation et  astéroseismologie
- Formation stellaire et évolution
- Notion de ZAMS

Astrophysiques X et Gamma

  1. Introduction :
Le rayonnement X et Gamma dans le spectre électromagnétique : caractéristiques particulières
Les phénomènes physiques et cosmiques en X et Gamma
Le Ciel en X et en Gamma
Les observatoires X et Gamma

 2. Les processus physiques produisant le rayonnement X et Gamma
Recombinaison, Photo ionisation, Inverse Compton
e-/e+ pair production & annihilation
Emission synchrotron et absorption

 3. Les techniques d’observation en X et Gamma
Détecteurs, compteurs, scintillateurs, semi-conducteurs, collimateurs, imageurs, spectromètres, etc.
Les satellites Chandra & XMM
Les satellites CGRO, INTEGRAL

 4. Les phénomènes galactiques en X et Gamma
Les supernovae
Les objets compacts
Les microquasars
Les raies gamma

 5. Les phénomènes extragalactiques en X et Gamma
AGN & Quasars
Les Sursauts Gamma, association aux supernovae, hypernovae, et quasars

 6. Le Futur :
GLAST, Compton Telescopes, Lentilles (MAX)

Mécanique Céleste et Géodésie Spatiale

  LES SYSTEMES DE REFERENCE

·        Concepts et définitions d’un système de référence
·        Systèmes de référence terrestres et célestes
·        Relation entre les systèmes terrestres et célestes
·        Systèmes géodésiques et transformation de coordonnées
·        Etude du champ de pesanteur
·        Déterminations du géoïde et applications

 LA MECANIQUE SPATIALE 

-         Mouvement d’un satellite artificiel
-         Paramètres orbitaux
-         Mouvement perturbe : équations de Gauss et de Lagrange
-         Perturbations et traitements
-         Effets physiques et modélisation 

LES SYSTEMES GLOBAUX DE POSITIONNEMENT

·        Photographie sur fond d’étoiles
·        Concept de base du positionnement par satellite
·        Types de mesures (Doppler,  phases, pseudo-distance)  et traitements
·        Propagation dans l’atmosphère (troposphère et Ionosphère)
·        Planification et observations
·        Les systèmes GPS, Glonass et Galiléo

 LES TECHNIQUES SPATIALES DE POSITIONNEMENT

1.      Photographie sur fond d’étoiles
2.      La télémétrie laser (SLR) et L’altimétrie Spatiale
3.      La radio Astronomie (VLBI)  
4. Le système Doris

   Relativité Générale et Cosmologie

 A- Relativité générale

 I- Introduction
Rappels de relativité restreinte

II- Notions de géométrie différentielle :

III-Le principe d’équivalence – les équations d’Einstein

- Le principe d’équivalence
- Le tenseur d’énergie – impulsion
- Equations d’Einstein
- Les équations du champ électromagnétique en présence de la gravitation

IV- Applications
- La singularité (l’horizon) de Schwarschild
- Extension de Kruskal-Szekers
- Application aux trous noirs, effondrement gravitationnelle, propriétés des trous noirs, la solution de Kerr et les trous noirs en rotation.

V- Champ gravitationnel faible
- Ondes gravitationnelles, Ondes planes
- Production et détection d’ondes gravitationnelles

 B- Cosmologie Théorique

La loi de Hubble et l’expansion de l’univers
- La métrique de Robertson-Walker
- Le modèle standard du Big-Bang, la cosmologie classique.
- La physique quantique et la cosmologie pré-Big-bang
- Les problèmes du modèle standard
- La théorie de l’Inflation cosmique et la formation des grandes structures ;
- Les théories de grande unification
 - La gravitation quantique et la théorie des cordes.

Cosmologie Observationelle

1) Anisotropies primaires du Fond Diffus Cosmologique (FDC)
  a) Effet Sachs-Wolfe + effet Doppler + oscillations acoustiques
         + recombinaison => spectre de puissance angulaire
  b) Variations en fonction des paramètres cosmologiques
2) Anisotropies secondaires du FDC
  a) Effet de la gravite (Sachs-wolfe intégré et effet Rees-Sciama)
  b) Effet des interactions avec les électrons (effet Sunyaev-Zel'dovich, réionisation)

3) Observations du FDC
  a) état des lieux des observations
  b) contributions d'avant-plan et séparation des composantes
  c) expériences à venir  la polarisation du FCD
 4) Croissance des perturbations en régime linéaire et notions de fonction de masse

Plasmas Astrophysiques

A- Physique Solaire

 1-     Structure du Soleil: l'intérieur du Soleil
2-     La Théorie de la Dynamo
3-     Helioséismologie
4-     La structure de l'atmosphère solaire
5-     Les ondes et instabilités MHD
6-     La structure de la  couronne solaire
7-     Coronal heating: observations & theory
8-     Solar flares
9-     Variability solaire, CMEs, Vents Solaires
10- Connexions Soleil-Terre
11- L'instrumentation Solaire au sol et ses techniques

 B- Plasmas de l'Espace

- Simulations Hydrodynamiques dans les disques d’ accrétion
- Jets astrophysiques et leurs origines
- Etc.

Physique des Magnétosphères de la Terre et des Planètes Géantes

-         L’interaction magnétosphère – vent solaire
-         Couronne solaire et son extension dans le milieu interplanétaire
-         Paramètres physiques du vent solaire
-         Influence du vent solaire sur la magnétosphère
-         Les émissions radio aurorales
-         Radiation Kilométrique de la Terre
-         Emission Décamétrique de Jupiter
-         Radiation Kilométrique de Saturne
-         Les moyens techniques de réception de l’onde électromagnétique
-         Paramètres de polarisation de l’onde radio
-         Système de réception de l’onde radio
-         Sondage à distance: Observations au sol
-          Mesure ‘in situ’: Observations par satellite