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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Jean-Sébastien Closson-Duquette


PLAN DE COURS

Automne 2020
PHY335 : Physique des ondes (4 crédits)


Modalités de la session d’automne 2020
Pour assurer la tenue de la session d’automne 2020, les modalités suivantes seront appliquées :


La plupart des cours de la session d'automne seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence. Cette information vous a déjà été communiquée.

L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus.

Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS. Le cas échéant, les enregistrements de cours pourraient notamment être rendus accessibles aux étudiants par le biais notamment du portail de l’ÉTS.

La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.

Pour les cours à distance, les examens (intra, finaux) se feront normalement à distance. Leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.
 
Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à envisager la possibilité d’une deuxième vague de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, après le début de la session d’automne 2020, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner la dispense en ligne de toutes les activités d’enseignement et d’évaluation pour la durée restante de la session d’automne 2020.

Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.

Si vous ne consentez pas aux modalités décrites précédemment, vous devez vous désinscrire de vos cours avant le 13 septembre et vous pourrez être remboursé.

Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous devez vous désinscrire avant le 25 septembre et vous pourrez être remboursé.

En demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d'automne 2020.




Préalables
Programme(s) : 7622, 7625, 7921
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    CTN248    
             
Programme(s) : 7065, 7070, 7084, 7086, 7095, 7365, 7483, 7485, 7495, 7610, 7883, 7885
             
  Profils(s) : Tous profils, Administration, Genie de la production, Informatique, Production, Reseaux  
             
    ING150    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 100,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Acquérir les concepts de base et les techniques mathématiques associés à l'étude de certains phénomènes de la propagation des ondes, en particulier ceux de l'acoustique et de l'optique.

Ondes et phénomènes oscillatoires. Mouvement harmonique simple. Oscillations. Mouvement ondulatoire. Acoustique : Nature et propagation du son, transmission du son (absorption, réflexion, réfraction). Optique : Nature et propagation de la lumière, transmission de la lumière, principe d'Huygens et de Fermat, réflexion et réfraction d'ondes planes-sphériques sur des surfaces planes-sphériques, absorption. Lentilles minces et épaisses. Interférences, diffraction, et polarisation. Applications : instruments d'optiques, fibres optiques, holographie, laser, filtres interférentiels, cristaux liquides.

Séances de laboratoire et exercices reliés à des applications en ingénierie.

Note sur les préalables : un seul des deux préalables est requis, soit ING150 (sauf pour les étudiants en génie mécanique) OU CTN248 (pour les étudiants en génie de la construction)




Objectifs du cours

Fournir à l’étudiant certaines connaissances fondamentales de physique, jugées nécessaires à une formation technologique avancée.

Familiariser l’étudiant avec les concepts de base et les techniques mathématiques associées à l’étude de certains phénomènes de la propagation des ondes, en particulier ceux de l’acoustique et de l’optique.

Rendre l’étudiant capable d’analyser certains phénomènes des domaines de la physique mentionnés ci-dessus.

Présenter à l’étudiant, à chaque fois que cela est possible, un aperçu des possibilités d’applications technologiques des phénomènes et propriétés étudiés.




Stratégies pédagogiques

Trois heures et demie de cours magistral par semaine. De nombreux exemples seront faits en classe pour permettre aux étudiants de bien assimiler la théorie et les techniques présentées au cours.

Trois heures sont consacrées à l’analyse de problèmes et d’applications pertinentes. L’étudiant est alors en mesure d’évaluer objectivement son degré d’acquisition des connaissances et d’y apporter les correctifs appropriés.

L’étudiant est, par ailleurs, amené à compléter son apprentissage par des séances de laboratoire qui se font à l’extérieur des heures de contact avec l’enseignant. Au nombre de trois, ces laboratoires permettent à l’étudiant et à ses collègues (le travail se fait en équipe) d’affiner sa compréhension des concepts suivants :

  • le mouvement harmonique simple;
  • le comportement d’un système optique;
  • la polarisation de la lumière et le comportement de celle-ci en réflexion et en transmission.



Utilisation d’appareils électroniques

Volet calcul symbolique

Devenue obligatoire à l’ÉTS,  la calculatrice symbolique TI-Nspire CAS s’avère un outil particulièrement utile pour analyser et visualiser diverses situations en physique (certains enseignants utilisent aussi le logiciel Maple ainsi que des applications Java). Dans le cadre du présent cours, cet outil est employé aux fins de :

  1. définir les fonctions centrales à la théorie vue en classe. À titre d’exemple : fonction d’onde, formule Doppler, coefficients de Fresnel;
  2. tracer des graphiques. À titre d’exemple : mouvement harmonique simple, fonction d’onde à un instant fixe, coefficients de Fresnel, etc.;
  3. animer une fonction d’onde du type y = f(x,t) par variation de la variable t;
  4. déterminer les paramètres d’une fonction d’onde découlant de ses dérivées. À titre d’exemple : l’amplitude A, la phase initiale, la vitesse, l’accélération d’une corde vibrante ainsi que sa déflexion angulaire;
  5. modéliser une situation physique sous la forme d’un système d’équations. Résoudre le système d’équations et détecter les solutions inadmissibles.
  6. effectuer des calculs impliquant des vecteurs. À titre d’exemple : position r, vitesse v, formule Doppler contenant le produit scalaire, amplitude E et B d’une onde électromagnétique et vecteur propagation k.

Pour obtenir de l’information supplémentaire sur l’utilisation de la calculatrice TI-Nspire CAS, on peut visiter le site :

http ://seg.etsmtl.ca/nspire/COURS/NspirePhysique.pdf

La syntaxe de diverses commandes utiles en physique est présentée dans le document. Deux études de cas y sont aussi présentées, dont une illustrant la modélisation et la solution d’un problème en optique géométrique.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 09:00 - 12:00 Travaux pratiques
02 Lundi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Jeudi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques
03 Mardi 09:00 - 12:30 Activité de cours
Mercredi 09:00 - 12:00 Travaux pratiques
04 Mercredi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques
Jeudi 09:00 - 12:30 Activité de cours
05 Lundi 09:00 - 12:30 Activité de cours
Vendredi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques
06 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Mercredi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques
07 Samedi 09:00 - 12:30 Activité de cours
Samedi 13:30 - 16:30 Travaux pratiques
08 Lundi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques
Mercredi 18:00 - 21:30 Activité de cours
09 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Mercredi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Gérald Paquin Activité de cours Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2108
01 Gérald Paquin Travaux pratiques Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2108
02 Tounsia Ait Ahcene Activité de cours Tounsia.AitAhcene@etsmtl.ca B-2344
02 Jules Kouam Travaux pratiques cc-Jules.Kouam@etsmtl.ca
03 Michel Perrault Activité de cours Michel.Perrault@etsmtl.ca B-2540
03 Michel Perrault Travaux pratiques Michel.Perrault@etsmtl.ca B-2540
04 Michel Perrault Activité de cours Michel.Perrault@etsmtl.ca B-2540
04 Michel Perrault Travaux pratiques Michel.Perrault@etsmtl.ca B-2540
05 Tounsia Ait Ahcene Activité de cours Tounsia.AitAhcene@etsmtl.ca B-2344
05 Jules Kouam Travaux pratiques cc-Jules.Kouam@etsmtl.ca
06 Xavier Daxhelet Activité de cours Xavier.Daxhelet@etsmtl.ca B-2108
06 Xavier Daxhelet Travaux pratiques Xavier.Daxhelet@etsmtl.ca B-2108
07 Abdas Salam Bajamgnigni Gbambie Activité de cours Abdas-Salam.Bajamgnigni-Gbambie@etsmtl.ca B-2522
07 Abdas Salam Bajamgnigni Gbambie Travaux pratiques Abdas-Salam.Bajamgnigni-Gbambie@etsmtl.ca B-2522
08 Abdas Salam Bajamgnigni Gbambie Activité de cours Abdas-Salam.Bajamgnigni-Gbambie@etsmtl.ca B-2522
08 Abdas Salam Bajamgnigni Gbambie Travaux pratiques Abdas-Salam.Bajamgnigni-Gbambie@etsmtl.ca B-2522
09 Gérald Paquin Activité de cours Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2108
09 Jules Kouam Travaux pratiques cc-Jules.Kouam@etsmtl.ca



Cours

La matière couverte est la même pour tous les enseignants. L’ordre dans lequel elle est présentée peut être cependant différent, en raison des laboratoires choisis par les enseignants.

 

COURS MATIÈRE HEURE
Bloc A
(4 cours)
Ondes et vibration Équation du MHS, Superposition de MHS, Ondes planes et sphériques, Équation d’onde et fonction d’onde, vitesse de propagation, puissance, ondes progressives, impédance, réflexion et transmission, ondes stationnaires, modes normaux. Volet calcul symbolique : objectifs 1) à 4). 12
Bloc B
(1.5 cours)
Acoustique Ondes sonores : nature et propagation, intensité, battement, effet Doppler. Volet calcul symbolique : objectifs 1), 2) et 6). 4.5
Bloc C
(2.5 cours)
Optique géométrique Interfaces planes, indice de réfraction, lois de réflexion et de transmission. Interfaces courbes : dioptres sphériques, miroirs sphériques, lentilles minces et épaisses. Systèmes optiques. Volet calcul symbolique : objectifs 1) et 5). 7.5
Bloc D
(2 cours)
Nature et propagation de la lumière Ondes électromagnétiques, Équations de Maxwell, pression de radiation, effet Doppler. Volet calcul symbolique : objectifs 5) et 6). 6
Bloc E
(3 cours)
Interférence et polarisation Polarisation : Lumière polarisée et non polarisée, degré de polarisation, coefficients de Fresnel en amplitude et en intensité. Interférence : principes généraux, fentes de Young, films minces, interféromètre de Michelson. Volet calcul symbolique : objectifs 1), 2), 5) et 6). 9
Total 39

Exemples de déroulements :

Þ BLOC A – BLOC B – BLOC C – BLOC D – BLOC E

Þ BLOC C – BLOC A – BLOC B – BLOC D – BLOC E




Laboratoires et travaux pratiques

Trois heures de travail pratique par semaine (total 36 heures).

Les activités de laboratoire se déroulent à l'extérieur des périodes inscrites à l'horaire pour le cours ou les travaux pratiques. L'étudiante ou l'étudiant doit prévoir une certaine disponibilité pour ces travaux d'équipe obligatoires qui ont lieu durant la session.




Utilisation d'outils d'ingénierie

S.O.




Évaluation

 

  Gr.01 Gr.02 Gr.03 Gr.04 Gr.05 Gr.06 Gr.07 Gr.08 Gr.09

2 examens :

25 % par examen

25 sept.

30 oct.

1er oct.

12 nov.

30 sept.

11 nov.

14 oct.

18 nov.

2 oct.

13 nov.

7 oct.

11 nov.

3 oct.

14 nov.

5 oct.

9 nov.

30 sept.

28 oct.

Devoir(s) et/ou Quiz(s) et/ou Exercices notés et Laboratoire MHS:

20 %

Pondération spécifiée en classe

Examen final : 

30 %

Semaines des examens finaux

 

Concernant les examens :

  • Toute documentation est permise pour les examens.

  • L'examen intra est d'une durée de deux (2) à trois (3) heures, et l'examen final dure trois (3) heures.

  • L'examen final porte sur le Bloc D et le Bloc E.




Dates des examens intra
# Intra Groupe(s) Date
1 1 25 septembre 2020
1 2 1 octobre 2020
1 3, 9 30 septembre 2020
1 4 14 octobre 2020
1 5 2 octobre 2020
1 6 7 octobre 2020
1 7 3 octobre 2020
1 8 5 octobre 2020
2 1 30 octobre 2020
2 2 12 novembre 2020
2 3, 6 11 novembre 2020
2 4 18 novembre 2020
2 5 13 novembre 2020
2 7 14 novembre 2020
2 8 9 novembre 2020
2 9 28 octobre 2020



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Pour les groupes 03, 04, 06, 07 et 08.

D.LÉVESQUE, P.PARADIS et A. BORDELEAU. Notes de cours PHY335, PHYSIQUE DES ONDES

Tome 1 : Notes de cours révisées en août 2020

Tome 2 : Notes de cours révisées en mai 2006

Lien vers les notes de cours :

https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=98

Mot de passe : ErnestRutherford1871

Pour les groupes 01, 02, 05 et 09

A. ST-AMAND et M.Boulé Physique des ondes, 3e édition, Université du Québec, École de technologie supérieure, 2016. (Notez que la 2e édition est obsolète)

Vous pouvez acheter le livre à l'adresse suivante :

https://www.puq.ca/catalogue/livres/physique-des-ondes-edition-2741.html




Ouvrages de références

H.BENSON, Physique III : Ondes, optique et physique moderne, 4e édition,  Éditions du Renouveau pédagogique, 2009.

E. M. PURCELL; F. S. CRAWFORD, Cours de physique, Vol 3, Paris, Dunod, 1998

E. HECHT, Optique, 4e édition, Pearson Education, France, 2005

E. HECHT, Optics, 4e édition, Addison Wesley, 2002

R. CHAMPEAU, R. CARPENTIER, Ondes lumineuses, De Boeck, Bruxelles, 2009

D. ROYER, E. DIEULESAINT, Onde élastiques dans les solides, Tome 1, Paris, 1996

A. CHAIGNE, Ondes acoustiques, École polytechnique, France, 2003

G. BOISCLAIR et J. PAGÉ, Guide des sciences expérimentales, 3e édition,  Éditions du Renouveau pédagogique, 2004

J.P. PROVOST, G. VALLÉE, Les maths en physique, 3e édition, Dunod, Paris, 2011




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=98